Che cos'è una doppia reazione di sostituzione?

Una doppia reazione di sostituzione avviene quando due composti ionizzati si scambiano ioni per produrre due nuove sostanze. Le sostanze reagenti si dissociano in una soluzione acquosa e gli ioni positivi o negativi cambiano di posto. Le nuove sostanze risultanti rimangono in soluzione, fuoriescono come gas o precipitano come prodotto di reazione insolubile. Le reazioni di doppia sostituzione possono assumere molte forme, inclusi diversi tipi di reazioni acido-base. Le regole di solubilità aiutano a prevedere quali sostanze possono prendere parte a reazioni di doppia sostituzione e quali prodotti di reazione precipiteranno fuori dalla soluzione.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

Una doppia reazione di sostituzione è una precipitazione o una reazione acido-base in cui i reagenti ionizzano e gli ioni positivi o negativi si scambiano di posto per produrre due nuove sostanze. Le reazioni di precipitazione producono una sostanza che è insolubile mentre le reazioni acido-base possono produrre prodotti di reazione solubili, liquidi o gassosi.

I dettagli di come funziona una doppia reazione di sostituzione possono essere visti con l'esempio di ipotetici composti AB e CD. Questi sono composti in cui gli atomi A e C hanno formato legami rispettivamente con gli atomi B e D. Quando poste in soluzione, si dissociano in ioni A. carichi positivamente⁺ e C⁺ insieme a ioni caricati negativamente B^- e D^-.

I due ioni con carica positiva si respingono a causa delle loro cariche simili, così come i due ioni con carica negativa. Ciò lascia AD e CB come la potenziale reazione chimica di doppia sostituzione, con gli ioni B e D che cambiano posto. I nuovi composti possono essere un solido insolubile, un solido solubile, un liquido o un gas. A seconda dei dettagli della reazione, il tipo di sostanza prodotta mostra se si è verificata una reazione.

Se una sostanza non si dissolve in acqua, non può prendere parte a una doppia reazione di sostituzione. Le seguenti regole di solubilità aiutano a prevedere quali sostanze reagiranno in soluzione.

• I sali di nitrato sono solubili.
  
• I sali di ioni di metalli alcalini come litio, sodio e potassio sono solubili.
  
• I sali di ioni ammonio sono solubili.
• La maggior parte dei sali di bromuro, ioduro e cloruro sono solubili, ad eccezione dei sali di argento, mercurio e piombo.
• La maggior parte dei sali di solfato sono solubili, ad eccezione dei sali di calcio, mercurio, piombo e bario.
• La maggior parte dei sali di idrossido sono insolubili, ad eccezione dei sali di calcio, bario e stronzio.
• La maggior parte dei solfuri, carbonati, fosfati e cromati sono insolubili eccetto quelli dei metalli alcalini e dell'ammonio.

Le tipiche reazioni di precipitazione introducono due sostanze solubili in una soluzione acquosa producendo un solido insolubile. Ad esempio, nitrato di zinco e fosfato di sodio reagiscono in una doppia reazione di sostituzione. Il nitrato di zinco è solubile in acqua perché è un sale nitrato e, sebbene i fosfati siano per lo più insolubili, il sodio è un metallo alcalino e quindi il fosfato di sodio è solubile. Le due sostanze si scambiano ioni per diventare nitrato di sodio, che rimane in soluzione, e fosfato di zinco, che è insolubile e precipita.

Acidi e basi si ionizzano in soluzione per formare ioni idrogeno e idrossido. In una doppia reazione di sostituzione, lo ione idrogeno dell'acido si unisce allo ione idrossido della base per formare acqua, uno dei prodotti della doppia reazione di sostituzione. Gli altri prodotti sono formati dagli ioni rimanenti introdotti nella reazione.

Una semplice reazione acido-base come l'acido cloridrico (HCl) e l'idrossido di sodio (NaOH) produce un sale (NaCl) e acqua. Una reazione più complessa dissolve il carbonato di sodio (Na₂CO₃) in una soluzione acquosa di HCl. La risultante doppia reazione di sostituzione produce NaCl e CO₂ così come l'acqua.

Le caratteristiche chiave delle reazioni di doppia sostituzione sono la solubilità dei due reagenti, la loro ionizzazione in soluzione e l'evidenza della reazione chimica risultante. Se si forma un precipitato o un gas, è avvenuta una reazione chimica, ma per alcune reazioni acido-base il prodotto può essere liquido o un sale solubile. In tali casi, possono essere necessari ulteriori test per l'evidenza di una reazione.