Reacción de desplazamiento único - Single displacement reaction

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Una reacción de desplazamiento simple , también conocida como reacción de reemplazo simple o reacción de intercambio , es una reacción química en la que un elemento es reemplazado por otro en un compuesto.

Se puede representar genéricamente como:

{\ displaystyle {\ ce {A + BC -> AC + B}}}

donde tampoco

${\ Displaystyle {\ ce {A}}}$ y son metales diferentes (o cualquier elemento que forma un catión como el hidrógeno) y es un anión ; o ${\ Displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {C}}}$

${\ Displaystyle {\ ce {A}}}$ y son halógenos y es un catión . ${\ Displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {C}}}$

Esto ocurrirá con mayor frecuencia si es más reactivo que , dando así un producto más estable. La reacción en ese caso es exergónica y espontánea. ${\ Displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {B}}}$

En el primer caso, cuando y son metales, y suelen ser compuestos acuosos (o muy raramente en estado fundido) y es un ion espectador (es decir, permanece inalterado). ${\ Displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {BC}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {AC}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {C}}}$

{\ Displaystyle {\ ce {A (s) + \ underbrace {B + (aq) + C ^ {-} (aq)} _ {BC (aq)} -> \ underbrace {A + (aq) + C ^ {- } (aq)} _ {AC (aq)} + B (s)}}}

Cuando un alambre de cobre se sumerge en una solución de nitrato de plata, el cobre desplaza a la plata, volviendo la solución azul y la plata sólida se precipita ("árbol de plata"): Cu + AgNO₃ → Cu (NO₃) ₂ + Ag ↓

Reproducir medios

Reproducir medios

En la serie de reactividad , los metales con la mayor propensión a donar sus electrones para reaccionar se enumeran primero, seguidos por los menos reactivos. Por lo tanto, un metal más alto en la lista puede desplazar cualquier cosa debajo de él. Aquí hay una versión condensada del mismo:

{\ displaystyle {\ text {K}}> {\ text {Na}}> {\ text {Ca}}> {\ text {Mg}}> {\ text {Al}}> {\ color {gris} { \ text {C}}}> {\ text {Zn}}> {\ text {Fe}}> {\ color {gris} {{\ text {NH4}} ^ {+}}}> {\ color {gris } {{\ text {H}} ^ {+}}}> {\ text {Cu}}> {\ text {Ag}}> {\ text {Au}}}

(El hidrógeno, el carbono y el amonio no son metales, sino que forman cationes).

Del mismo modo, los halógenos con mayor propensión a adquirir electrones son los más reactivos. La serie de actividades para halógenos es: ${\ displaystyle {\ ce {F2> Cl2> Br2> I2}}}$

Debido a la naturaleza del estado libre de y , las reacciones de desplazamiento simple también son reacciones redox , que implican la transferencia de electrones de un reactivo a otro. Cuando y son metales, siempre se oxida y siempre se reduce. Dado que los halógenos prefieren ganar electrones, se reduce (de a ) y se oxida (de a ). ${\ Displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {0}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {-1}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {-1}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {<chem> 0}}}$

Reemplazo catiónico

Aquí un catión reemplaza a otro:

{\ displaystyle {\ ce {A + BC -> AC + B}}}

(El elemento A ha reemplazado a B en el compuesto BC para convertirse en un nuevo compuesto AC y el elemento libre B).

Algunos ejemplos son:

{\ displaystyle {\ ce {Fe + CuSO4 -> Fe (SO4) + Cu (v)}}}

(Vitriolo azul) ____ (Vitriolo verde)

{\ Displaystyle {\ ce {Zn + CuSO4 -> ZnSO4 + Cu (v)}}}

(Vitriolo azul) ___ (Vitriolo blanco)

{\ Displaystyle {\ ce {Zn + FeSO4 -> ZnSO4 + Fe (v)}}}

(Vitriolo verde) (Vitriolo blanco)

Estas reacciones son exotérmicas y el aumento de temperatura suele ser del orden de la reactividad de los diferentes metales.

Si el reactivo en forma elemental no es el metal más reactivo , entonces no ocurrirá ninguna reacción. Algunos ejemplos de esto serían al revés.

{\ displaystyle {\ ce {Fe + ZnSO4 ->}}}

Sin reacción

Reemplazo de aniones

Aquí un anión reemplaza a otro:

{\ displaystyle {\ ce {A + CB -> CA + B}}}

(El elemento A ha reemplazado a B en el compuesto CB para formar un nuevo compuesto CA y el elemento libre B).

Algunos ejemplos son: ${\ Displaystyle {\ ce {Cl2 + 2NaBr -> 2NaCl + Br2 (v)}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {Br2 + 2KI -> 2KBr + I2 (v)}}}$

Nuevamente, el halógeno menos reactivo no puede reemplazar al halógeno más reactivo:

{\ Displaystyle {\ ce {I2 + 2KBr ->}}}

sin reacción

Reacciones comunes

Reacción metal-ácido

Los metales reaccionan con los ácidos para formar sales y gas hidrógeno.

Liberación de gas hidrógeno cuando el zinc reacciona con el ácido clorhídrico.

{\ Displaystyle {\ ce {Zn (s) + 2HCl (aq) -> ZnCl2 (aq) + H2 ^}}}

Sin embargo, los metales menos reactivos no pueden desplazar el hidrógeno de los ácidos. (Sin embargo, pueden reaccionar con ácidos oxidantes).

{\ displaystyle {\ ce {Cu + HCl ->}}}

Sin reacción

Reacción entre el metal y el agua.

Los metales reaccionan con el agua para formar óxidos metálicos y gas hidrógeno. Los óxidos metálicos se disuelven más en agua para formar álcalis.

{\ Displaystyle {\ ce {Fe (s) + H2O (g) -> Fe2O3 (s) + H2 ^}}}

{\ Displaystyle {\ ce {Ca (s) + H2O (l) -> CaOH (aq) + H2 ^}}}

La reacción puede ser extremadamente violenta con metales alcalinos ya que el gas hidrógeno se incendia.

Los metales como el oro y la plata, que están por debajo del hidrógeno en la serie de reactividad, no reaccionan con el agua.

Extracción de metales

El coque o metales más reactivos se utilizan para reducir los metales de sus óxidos metálicos, como en la reacción carbotérmica del óxido de zinc (zincita) para producir zinc metálico:

{\ Displaystyle {\ ce {ZnO + C -> Zn + CO}}}

y el uso de aluminio para producir manganeso a partir de dióxido de manganeso :

{\ Displaystyle {\ ce {3MnO2 + 4Al -> 3Mn + 2Al2O3}}}

Incluso para reacciones que se ejecutan en la dirección opuesta a sus reactividades intrínsecas, se puede impulsar el desplazamiento, como en el proceso de Acheson para desplazar el silicio del dióxido de silicio utilizando carbono :

{\ Displaystyle {\ ce {SiO2 + 2C -> Si + 2CO}}}

Reacción de termita

El uso de metales altamente reactivos como agentes reductores conduce a reacciones exotérmicas que funden el metal producido. Se utiliza para soldar vías férreas.