Τι είναι μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης;

Μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης λαμβάνει χώρα όταν δύο ιονισμένες ενώσεις ανταλλάσσουν ιόντα για να παράγουν δύο νέες ουσίες. Οι αντιδρώντες ουσίες διαχωρίζονται σε διάλυμα νερού και τα θετικά ή αρνητικά ιόντα αλλάζουν θέσεις. Οι προκύπτουσες νέες ουσίες είτε παραμένουν σε διάλυμα, διαφεύγουν ως αέριο είτε κατακρημνίζονται ως αδιάλυτο προϊόν αντίδρασης. Οι αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης μπορούν να λάβουν πολλές μορφές, συμπεριλαμβανομένων πολλών τύπων αντιδράσεων οξέος-βάσης. Οι κανόνες διαλυτότητας συμβάλλουν στην πρόβλεψη των ουσιών που μπορούν να λάβουν μέρος σε αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης και ποια προϊόντα αντίδρασης θα κατακρημνιστούν από το διάλυμα.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης είναι μια αντίδραση καθίζησης ή οξέος-βάσης στην οποία τα αντιδραστήρια ιονίζονται και είτε τα θετικά είτε τα αρνητικά ιόντα ανταλλάσσουν θέση για την παραγωγή δύο νέων ουσιών. Οι αντιδράσεις καθίζησης παράγουν μια ουσία που είναι αδιάλυτη ενώ οι αντιδράσεις οξέος-βάσης μπορούν να παράγουν διαλυτά, υγρά ή αέρια προϊόντα αντίδρασης.

Οι λεπτομέρειες του τρόπου λειτουργίας μιας αντίδρασης διπλής αντικατάστασης φαίνονται με το παράδειγμα των υποθετικών ενώσεων AB και CD. Αυτές είναι ενώσεις όπου τα άτομα Α και C έχουν σχηματίσει δεσμούς με τα άτομα Β και D αντίστοιχα. Όταν τοποθετούνται σε διάλυμα, διαχωρίζονται σε θετικά φορτισμένα ιόντα Α⁺ και Γ⁺ μαζί με αρνητικά φορτισμένα ιόντα B^- και Δ^-.

Τα δύο θετικά φορτισμένα ιόντα απωθούν το ένα το άλλο λόγω των παρόμοιων φορτίων τους, όπως και τα δύο αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Αυτό αφήνει AD και CB ως πιθανή χημική αντίδραση διπλής αντικατάστασης, με τα ιόντα Β και D να αλλάζουν θέσεις. Οι νέες ενώσεις μπορεί να είναι ένα αδιάλυτο στερεό, ένα διαλυτό στερεό, ένα υγρό ή ένα αέριο. Ανάλογα με τις λεπτομέρειες της αντίδρασης, το είδος της ουσίας που παράγεται δείχνει εάν έχει λάβει χώρα μια αντίδραση.

Εάν μια ουσία δεν διαλύεται στο νερό, δεν μπορεί να λάβει μέρος σε μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης. Οι ακόλουθοι κανόνες διαλυτότητας συμβάλλουν στην πρόβλεψη των ουσιών που θα αντιδράσουν στο διάλυμα.

• Τα νιτρικά άλατα είναι διαλυτά.
  
• Τα άλατα των ιόντων αλκαλιμετάλλων όπως το λίθιο, το νάτριο και το κάλιο είναι διαλυτά.
  
• Τα άλατα ιόντων αμμωνίου είναι διαλυτά.
• Τα περισσότερα άλατα βρωμιδίου, ιωδιούχου και χλωριδίου είναι διαλυτά, εκτός από τα άλατα αργύρου, υδραργύρου και μολύβδου.
• Τα περισσότερα θειικά άλατα είναι διαλυτά, εκτός από τα άλατα ασβεστίου, υδραργύρου, μολύβδου και βαρίου.
• Τα περισσότερα άλατα υδροξειδίου είναι αδιάλυτα, εκτός από τα άλατα ασβεστίου, βαρίου και στροντίου.
• Τα περισσότερα σουλφίδια, ανθρακικά, φωσφορικά και χρωμικά είναι αδιάλυτα εκτός από αυτά των αλκαλικών μετάλλων και αμμωνίου.

Οι τυπικές αντιδράσεις καθίζησης εισάγουν δύο διαλυτές ουσίες σε ένα υδατικό διάλυμα που παράγει ένα αδιάλυτο στερεό. Για παράδειγμα, ο νιτρικός ψευδάργυρος και το φωσφορικό νάτριο αντιδρούν σε μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης. Ο νιτρικός ψευδάργυρος είναι διαλυτός στο νερό επειδή είναι νιτρικό άλας και, παρόλο που τα φωσφορικά άλατα είναι ως επί το πλείστον αδιάλυτα, το νάτριο είναι ένα μέταλλο αλκαλίου και συνεπώς το φωσφορικό νάτριο είναι διαλυτό. Οι δύο ουσίες ανταλλάσσουν ιόντα για να γίνουν νιτρικό νάτριο, το οποίο παραμένει σε διάλυμα, και φωσφορικό ψευδάργυρο, το οποίο είναι αδιάλυτο και καθιζάνει.

Τα οξέα και οι βάσεις ιονίζονται σε διάλυμα για να σχηματίσουν ιόντα υδρογόνου και υδροξειδίου. Σε μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης, το ιόν υδρογόνου από το οξύ ενώνεται με το ιόν υδροξειδίου της βάσης για να σχηματίσει νερό, ένα από τα προϊόντα αντίδρασης διπλής αντικατάστασης. Τα άλλα προϊόντα σχηματίζονται από τα εναπομείναντα ιόντα που εισάγονται στην αντίδραση.

Μια απλή αντίδραση οξέος-βάσης όπως υδροχλωρικό οξύ (HCl) και υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) αποδίδει ένα άλας (NaCl) και νερό. Μια πιο πολύπλοκη αντίδραση διαλύει το ανθρακικό νάτριο (Na₂CO₃) σε υδατικό διάλυμα HCl. Η προκύπτουσα αντίδραση διπλής αντικατάστασης αποδίδει NaCl και CO₂ καθώς και νερό.

Τα βασικά χαρακτηριστικά των αντιδράσεων διπλής αντικατάστασης είναι η διαλυτότητα των δύο αντιδρώντων, ο ιονισμός τους σε διάλυμα και η απόδειξη της προκύπτουσας χημικής αντίδρασης. Εάν σχηματιστεί ίζημα ή αέριο, έχει λάβει χώρα χημική αντίδραση, αλλά για ορισμένες αντιδράσεις οξέος-βάσης, το προϊόν μπορεί να είναι υγρό ή διαλυτό άλας. Σε τέτοιες περιπτώσεις, ενδέχεται να απαιτούνται πρόσθετες δοκιμές για απόδειξη αντίδρασης.