O que é uma reação de dupla substituição?

Uma dupla reação de substituição ocorre quando dois compostos ionizados trocam íons para produzir duas novas substâncias. As substâncias reagentes se dissociam em uma solução aquosa e os íons positivos ou negativos trocam de lugar. As novas substâncias resultantes permanecem em solução, escapam como gás ou precipitam como um produto de reação insolúvel. As reações de dupla substituição podem assumir muitas formas, incluindo vários tipos de reações ácido-base. As regras de solubilidade ajudam a prever quais substâncias podem participar de reações de dupla substituição e quais produtos de reação precipitarão da solução.

TL; DR (muito longo; Não li)

Uma reação de dupla substituição é uma precipitação ou reação ácido-base na qual os reagentes se ionizam e os íons positivos ou negativos trocam de lugar para produzir duas novas substâncias. As reações de precipitação produzem uma substância que é insolúvel, enquanto as reações ácido-base podem produzir produtos de reação solúveis, líquidos ou gasosos.

Os detalhes de como funciona uma reação de dupla substituição podem ser vistos com o exemplo dos compostos hipotéticos AB e CD. Estes são compostos onde os átomos A e C formaram ligações com os átomos B e D, respectivamente. Quando colocados em solução, eles se dissociam em íons A carregados positivamente⁺ e C⁺ junto com íons B carregados negativamente^- e D^-.

Os dois íons carregados positivamente se repelem devido às suas cargas semelhantes, assim como os dois íons carregados negativamente. Isso deixa AD e CB como a potencial reação química de dupla substituição, com os íons B e D trocando de lugar. Os novos compostos podem ser um sólido insolúvel, um sólido solúvel, um líquido ou um gás. Dependendo dos detalhes da reação, o tipo de substância produzida mostra se uma reação ocorreu.

Se uma substância não se dissolve na água, ela não pode participar de uma reação de dupla substituição. As seguintes regras de solubilidade ajudam a prever quais substâncias reagirão na solução.

• Os sais de nitrato são solúveis.
  
• Sais de íons de metais alcalinos, como lítio, sódio e potássio, são solúveis.
  
• Os sais de íon amônio são solúveis.
• A maioria dos sais de brometo, iodeto e cloreto são solúveis, exceto os sais de prata, mercúrio e chumbo.
• A maioria dos sais de sulfato são solúveis, exceto os sais de cálcio, mercúrio, chumbo e bário.
• A maioria dos sais de hidróxido é insolúvel, exceto os sais de cálcio, bário e estrôncio.
• A maioria dos sulfetos, carbonatos, fosfatos e cromatos são insolúveis, exceto aqueles dos metais alcalinos e amônio.

As reações de precipitação típicas introduzem duas substâncias solúveis em uma solução de água produzindo um sólido insolúvel. Por exemplo, nitrato de zinco e fosfato de sódio reagem em uma reação de dupla substituição. O nitrato de zinco é solúvel em água porque é um sal de nitrato e, embora os fosfatos sejam principalmente insolúveis, o sódio é um metal alcalino e, portanto, o fosfato de sódio é solúvel. As duas substâncias trocam íons para se tornarem nitrato de sódio, que permanece em solução, e fosfato de zinco, que é insolúvel e precipita.

Ácidos e bases ionizam-se em solução para formar íons de hidrogênio e hidróxido. Em uma reação de dupla substituição, o íon hidrogênio do ácido se junta ao íon hidróxido da base para formar água, um dos produtos da reação de dupla substituição. Os outros produtos são formados a partir dos íons restantes introduzidos na reação.

Uma reação simples de ácido-base, como ácido clorídrico (HCl) e hidróxido de sódio (NaOH), produz um sal (NaCl) e água. Uma reação mais complexa dissolve carbonato de sódio (Na₂CO₃) em uma solução aquosa de HCl. A reação de dupla substituição resultante produz NaCl e CO₂ bem como água.

As principais características das reações de substituição dupla são a solubilidade dos dois reagentes, sua ionização em solução e a evidência da reação química resultante. Se um precipitado ou um gás se formar, uma reação química ocorreu, mas para algumas reações ácido-base, o produto pode ser líquido ou um sal solúvel. Nesses casos, testes adicionais podem ser necessários para evidência de uma reação.