החלפה כפולה , עקירה כפולה או metathesis התגובה הינה אחת שבה חילוף יונים כפול מתרחשת בין שתי תרכובות, ללא כל אלה מלהיות חמצון או מופחת. זו אחת התגובות הכימיות היסודיות ביותר.
הקשרים החדשים נוצרים על ידי הכוחות האטרקטיביים הגדולים האלקטרוסטטיים בין היונים. כמו כן, התגובה מעדיפה היווצרות המינים היציבים ביותר, בעיקר מולקולת המים. התמונה למטה ממחישה את המשוואה הכימית הכללית לתגובת התחלופה הכפולה.
התרכובות הראשוניות AX ו- BY מגיבות על ידי החלפת "השותפות שלהם" וכך נוצרות שתי תרכובות חדשות: AY ו- BX. תגובה זו מתרחשת אם ורק אם A ו- Y קשורים יותר מ- A ו- B, או אם קשרי ה- BX יציבים יותר מאלו של BY. מכיוון שהתגובה היא חילופי יונים פשוטים, אף יון לא מרוויח או מאבד אלקטרונים (תגובת redox).
לפיכך, אם A הוא קטיון עם מטען +1 במתחם AX, יהיה לו אותו מטען +1 במתחם AY. כך גם בשאר ה"מכתבים ". תגובה מסוג זה היא תמיכה בתגובות על בסיס חומצה ויצירת משקעים.
סוגים
נִטרוּל
חומצה חזקה מגיבה עם בסיס חזק לייצור מלחים ומים מסיסים. כאשר אחד מהשניים - החומצה או הבסיס - חלש, המלח המיוצר אינו מיונן לחלוטין; כלומר במדיום מימי המסוגל להידרוז. באופן דומה ניתן לנטרל את החומצה או הבסיס במלח.
ניתן לייצג את האמור לעיל על ידי המשוואה הכימית עם האותיות AXBY. עם זאת, מאז חומציות Brønsted מסומנת רק על ידי H + ו OH - יונים , אלה ואז באו לייצג את האותיות A ו- Y:
HX + BOH => HOH + BX
משוואה כימית זו תואמת לנטרול, שהיא פשוט התגובה בין חומצת HX לבסיס BOH לייצור HOH (H 2 O) ומלח BX, שעשוי להיות מסיס במים או לא.
השלד שלה יכול להשתנות בהתאם למקדמים הסטואיציומטריים או לאופי החומצה (אם היא אורגנית או אורגנית).
מִשׁקָע
בסוג זה של תגובה, אחד המוצרים אינו מסיס במדיום, בדרך כלל מימית, ומשקעים (המוצק מתיישב משאר הפתרון).
התוכנית היא כדלקמן: שני תרכובות מסיסות, AX ו- BY, מעורבבות ואחד המוצרים, AY או BX, נשקע, אשר יהיה תלוי בכללי המסיסות:
AX + BY => AY (ים) + BX
AX + BY => AY + BX (ים)
במקרה בו גם AY וגם BX אינם מסיסים במים, צמד היונים המציגים את האינטראקציות האלקטרוסטטיות החזקות ביותר ישקעו, מה שיכול לבוא לידי ביטוי כמותית בערכיהם של קבועי מסיסות (Kps).
עם זאת, ברוב תגובות המשקעים מלח אחד מסיס והשני יורד. שתי התגובות - נטרול ומשקעים - יכולות להופיע באותה תערובת חומרים.
דוגמאות
דוגמא 1
HCl (aq) + NaOH (aq) => H 2 O (l) + NaCl (aq)
איזו מין תגובה זו? חומצה הידרוכלורית מגיבה עם נתרן הידרוקסיד, ומייצרת מים ונתרן כלוריד כתוצאה מכך. מכיוון ש- NaCl מסיס מאוד במדיום מימי, ונוצרה גם מולקולת מים, התגובה בדוגמא 1 היא של נטרול.
דוגמא 2
Cu (NO 3 ) 2 (aq) + Na 2 S (aq) => CuS (s) + 2NaNO 3 (aq)
לא H + ולא OH - יון לא נמצאים בתגובה זו , וגם מולקולת המים לא נמצאת בצד ימין של המשוואה הכימית.
נחושת (II) חנקה, או חנקתי כופריק, מחליפים יונים עם נתרן גופרתי. נחושת גופרתי אינה מסיסה, משקעת בשונה מהנתרן חנקתי, מלח מסיס.
תמיסת Cu (NO 3 ) 2 כחלחלה ואילו תמיסת Na 2 S צהבהבה. כאשר שניהם מעורבים, הצבעים נעלמים ו- CuS משקעים, שהוא מוצק שחור.
דוגמא 3
CH 3 COOH (aq) + NaOH (aq) => CH 3 COONa (aq) + H 2 O (l)
שוב, זוהי תגובת נטרול נוספת. חומצה אצטית מגיבה עם נתרן הידרוקסיד ליצירת מלח נתרן אצטט ומולקולת מים.
בשונה מדוגמא 1, נתרן אצטט אינו מלח המיונן במלואו, מכיוון שהאניון מצטייר במים
CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) <=> CH 3 COOH (aq) + OH - (aq)
דוגמא 4
2HI (aq) + CaCO 3 (s) => H 2 CO 3 (aq) + CaI 2 (aq)
בתגובה זו, שלמרות שלא נראה שהיא נטרול, החומצה ההידרודיודית מגיבה לחלוטין עם אבן הגיר ליצירת חומצה פחמית וסידן יוד. יתר על כן, התפתחות החום (תגובה אקסותרמית) מפרקת חומצה פחמנית לפחמן דו חמצני ומים:
H 2 CO 3 (aq) => CO 2 (g) + H 2 O (l)
התגובה הכוללת היא כ:
2HI (aq) + Caco 3 (s) => CO 2 (g) + H 2 O (l) + צא 2 (aq)
כמו כן, סידן פחמתי, המלח הבסיסי, מנטרל חומצה הידרודיתית.
דוגמא 5
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
חנקתי כסף מחליף יונים עם נתרן כלוריד, ובכך יוצר את המלח הכלוריד הבלתי מסיס (משקעים לבנבן) ואת נתרן חנקתי.
דוגמא 6
2H 3 PO 4 (aq) + 3Ca (OH) 2 (aq) => 6H 2 O (l) + Ca 3 (PO 4 ) 2 (s)
חומצה זרחתית מנוטרלת על ידי סידן הידרוקסיד, וכתוצאה מכך יוצרת המלח המלח הבלתי מסיס פוספט ושש מול מולקולות מים.
זוהי דוגמא לתגובת התחלופה כפולה משני הסוגים: נטרול החומצה ושקעים של מלח בלתי מסיס.
דוגמא 7
K 2 S (aq) + MgSO 4 (aq) => K 2 SO 4 (aq) + MgS (s)
אשלגן סולפיד מגיב עם מגנזיום סולפט, ומפגיש את יוני ה- S 2 ו- Mg 2+ בתמיסה ליצירת מלח המגנזיום הסולפיד הבלתי מסיס ומלח האשלגן הגופרטי המסיס.
דוגמא 8
Na 2 S (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H 2 S (g)
נתרן גופרתי מנטרל חומצה הידרוכלורית ומייצר נתרן כלוריד ומימן גופרתי.
בתגובה זו לא נוצרים מים (שלא כמו הנטרולים הנפוצים ביותר) אלא המולקולה הלא אלקטרוליטית מימן גופרתי, שריח ביצים רקובות מאוד לא נעים. H 2 S בורח מהפתרון בצורת גזים ושאר המינים נותרים מומסים.
הפניות
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE, עמ '150-155.
- Quimicas.net (2018). דוגמאות לתגובה להחלפה כפולה. הוחזר ב 28 במאי 2018, מ: quimicas.net
- תגובות מטתזה. הוחזר ב -28 במאי 2018 מ: science.uwaterloo.ca
- האקדמיה לחאן. (2018). תגובות החלפה כפולות. הוחזר ב- 28 במאי 2018, מ: khanacademy.org
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (8 במאי 2016). הגדרת תגובה כפולה להחלפה. הוחזר ב -28 במאי 2018, מ: thoughtco.com