מהי תגובת החלפה כפולה?

תגובת החלפה כפולה מתרחשת כאשר שתי תרכובות מיוננות מחליפות יונים לייצור שני חומרים חדשים. החומרים המגיבים מתנתקים בתמיסת מים, והיונים החיוביים או השליליים מחליפים מקומות. החומרים החדשים המתקבלים נשארים בתמיסה, בורחים כגז או נושרים כתוצר תגובה בלתי מסיס. תגובות חלופיות כפולות יכולות להופיע בצורות רבות, כולל מספר סוגים של תגובות בסיס חומציות. כללי המסיסות עוזרים לחזות אילו חומרים יכולים לקחת חלק בתגובות תחליף כפולות ואילו מוצרי תגובה יזרזו מהפתרון.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

תגובה תחליפית כפולה היא משקעים או תגובת בסיס חומצה שבהם מגיבים מייננים או היונים החיוביים או השליליים מחליפים מקומות לייצור שני חומרים חדשים. תגובות משקעים מייצרות חומר אחד שאינו מסיס ואילו תגובות בסיס חומציות יכולות לייצר מוצרי תגובה מסיסים, נוזליים או גזים.

ניתן לראות את הפרטים כיצד פועלת תגובת החלפה כפולה בדוגמה של תרכובות היפותטיות AB ו- CD. אלה תרכובות שבהן האטומים A ו- C יצרו קשרים עם האטומים B ו- D בהתאמה. כאשר הם ממוקמים בתמיסה, הם מתנתקים ליונים טעונים חיוביים A.⁺ ו- ג⁺ יחד עם יונים טעונים שלילית B^- וד '^-.

שני היונים הטעונים באופן חיובי דוחים זה את זה בשל המטענים הדומים להם, וכך גם שני היונים הטעונים שלילית. זה משאיר את AD ו- CB כתגובה כימית פוטנציאלית להחלפה כפולה, כאשר היונים B ו- D משתנים. התרכובות החדשות יכולות להיות מוצק בלתי מסיס, מוצק מסיס, נוזל או גז. בהתאם לפרטי התגובה, סוג החומר המיוצר מראה אם ​​התרחשה תגובה.

אם חומר אינו מתמוסס במים, הוא אינו יכול לקחת חלק בתגובה תחליפית כפולה. כללי המסיסות הבאים עוזרים לנבא אילו חומרים יגיבו בתמיסה.

• מלחי חנקות מסיסים.
  
• מלחים של יוני מתכות אלקליות כגון ליתיום, נתרן ואשלגן מסיסים.
  
• מלחי יון אמוניום מסיסים.
• מרבית מלחי הברומיד, היודיד והכלוריד מסיסים, למעט מלחי הכסף, הכספית והעופרת.
• רוב מלחי הסולפט מסיסים, למעט מלחי סידן, כספית, עופרת ובריום.
• מרבית מלחי ההידרוקסיד אינם מסיסים, למעט מלחי סידן, בריום וסטרונציום.
• רוב הסולפידים, הקרבונטים, הפוספטים והכרומטים אינם מסיסים למעט אלה של המתכות האלקליות והאמוניום.

תגובות משקעים אופייניות מכניסות שני חומרים מסיסים לתמיסת מים המייצרת מוצק שאינו מסיס. לדוגמא, אבץ חנקתי ונתרן פוספט מגיבים בתגובה תחליפית כפולה. אבץ חנקתי מסיס במים מכיוון שהוא מלח חנקתי ולמרות שפוספטים אינם מסיסים ברובם, נתרן הוא מתכת אלקלית, ולכן נתרן פוספט מסיס. שני החומרים מחליפים יונים והופכים לנתרן חנקתי שנשאר בתמיסה ולאבץ פוספט שאינו מסיס ומזרז החוצה.

חומצות ובסיסים מייננים בתמיסה ליצירת יוני מימן והידרוקסיד. בתגובת החלפה כפולה, יון המימן מהחומצה מצטרף ליון ההידרוקסיד של הבסיס ליצירת מים, אחד ממוצרי התגובה הכפולים להחלפה. המוצרים האחרים נוצרים מהיונים הנותרים שהוכנסו לתגובה.

תגובה פשוטה על בסיס חומצה כגון חומצה הידרוכלורית (HCl) ונתרן הידרוקסיד (NaOH) מניבה מלח (NaCl) ומים. תגובה מורכבת יותר ממיסה נתרן פחמתי (Na₂שיתוף₃) בתמיסת מים של HCl. התגובה להחלפה כפולה המתקבלת מניבה NaCl ו- CO₂ כמו גם מים.

המאפיינים העיקריים של תגובות חלופיות כפולות הם המסיסות של שני המגיבים, היינון שלהם בתמיסה והראיות לתגובה הכימית שנוצרה. אם נוצר משקע או גז, התרחשה תגובה כימית, אך בתגובות מסוימות על בסיס חומצה, המוצר יכול להיות נוזלי או מלח מסיס. במקרים כאלה, ייתכן שיהיה צורך בבדיקות נוספות לראיות לתגובה.