Reacción de desplazamiento único

Tipo de reacción química

Una reacción de desplazamiento simple , también conocida como reacción de reemplazo simple o reacción de intercambio , es un concepto arcaico en química. Describe la estequiometría de algunas reacciones químicas en las que un elemento o ligando es reemplazado por un átomo o grupo. ^{[1] [2] [3]}

Se puede representar genéricamente como:

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

donde ya sea

• ${\displaystyle {\ce {A}}}$y son metales diferentes (o cualquier elemento que forme cationes como el hidrógeno) y es un anión ; ^[2] o ${\displaystyle {\ce {B}}}$ ${\displaystyle {\ce {C}}}$

• ${\displaystyle {\ce {A}}}$y son halógenos y es un catión . ^[2] ${\displaystyle {\ce {B}}}$ ${\displaystyle {\ce {C}}}$

Esto ocurrirá con mayor frecuencia si es más reactivo que , lo que da como resultado 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 son normalmente compuestos acuosos (o muy raramente en estado fundido) y es un ion espectador (es decir, permanece inalterado). ^[1] ${\displaystyle {\ce {A}}}$ ${\displaystyle {\ce {B}}}$ ${\displaystyle {\ce {BC}}}$ ${\displaystyle {\ce {AC}}}$ ${\displaystyle {\ce {C}}}$

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

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

Vídeo del NCSSM sobre la reacción de desplazamiento único

Formación de cristales de estaño a medida que el zinc desplaza al estaño, vistos al microscopio.

En la serie de reactividad , los metales con mayor propensión a donar sus electrones para reaccionar se enumeran en primer lugar, seguidos de los menos reactivos. Por lo tanto, un metal que se encuentre más arriba en la lista puede desplazar a cualquier metal que se encuentre por debajo de él. A continuación, se ofrece una versión condensada de la misma: ^[1]

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

(El hidrógeno, el carbono y el amonio, marcados en gris, no son metales).

De manera similar, los halógenos con mayor propensión a adquirir electrones son los más reactivos. La serie de actividad de los halógenos es: ^{[1] [2] [3]}

${\displaystyle {\ce {F2>Cl2>Br2>I2}}}$

Debido a la naturaleza de estado libre de y , las reacciones de desplazamiento simple también son reacciones redox , que implican la transferencia de electrones de un reactivo a otro. ^[4] 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 ). ${\displaystyle {\ce {A}}}$ ${\displaystyle {\ce {B}}}$ ${\displaystyle {\ce {A}}}$ ${\displaystyle {\ce {B}}}$ ${\displaystyle {\ce {A}}}$ ${\displaystyle {\ce {B}}}$ ${\displaystyle {\ce {A}}}$ ${\displaystyle {\ce {0}}}$ ${\displaystyle {\ce {-1}}}$ ${\displaystyle {\ce {B}}}$ ${\displaystyle {\ce {-1}}}$ ${\displaystyle {\ce {0}}}$

Reemplazo de cationes

Aquí un catión sustituye 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:

${\displaystyle {\ce {Fe + CuSO4 -> FeSO4 + Cu}}}$

(Vitriolo azul) ____ (Vitriolo verde)

${\displaystyle {\ce {Zn + CuSO4 -> ZnSO4 + Cu}}}$

(Vitriolo azul) ___ (Vitriolo blanco)

${\displaystyle {\ce {Zn + FeSO4 -> ZnSO4 + Fe}}}$

(Vitriolo verde) (Vitriolo blanco)

Estas reacciones son exotérmicas y el aumento de temperatura suele estar en el orden de la reactividad de los diferentes metales. ^[5]

Si el reactivo en forma elemental no es el metal más reactivo , no se producirá ninguna reacción. Algunos ejemplos de esto serían el caso inverso.

${\displaystyle {\ce {Fe + ZnSO4 ->}}}$Sin reacción

Reemplazo de aniones

Aquí un anión sustituye 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:

${\displaystyle {\ce {Cl2 + 2NaBr -> 2NaCl + Br2}}}$

${\displaystyle {\ce {Br2 + 2KI -> 2KBr + I2(v)}}}$

${\displaystyle {\ce {Cl2 + H2S -> 2HCl + S(v)}}}$

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

${\displaystyle {\ce {I2 + 2KBr ->}}}$ninguna 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 ácido clorhídrico.

${\displaystyle {\ce {Zn(s) + 2HCl(aq) -> ZnCl2(aq) + H2 ^}}}$^{[2] [3]}

Sin embargo, los metales menos reactivos no pueden desplazar el hidrógeno de los ácidos. ^[3] (Aunque pueden reaccionar con ácidos oxidantes).

${\displaystyle {\ce {Cu + HCl ->}}}$No hay 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 en agua para formar álcalis.

${\displaystyle {\ce {Fe(s) + H2O (g) -> FeO(s) + H2 ^}}}$

${\displaystyle {\ce {Ca(s) + 2H2O (l) -> Ca(OH)2(aq) + H2 ^}}}$

Reacción explosiva del sodio en el agua, rompiendo el recipiente de vidrio.

La reacción puede ser extremadamente violenta con metales alcalinos, ya que el gas hidrógeno se incendia. ^[2]

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 mediante carbono a partir de sus óxidos metálicos, ^[6] 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 :

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

Estas reacciones también se utilizan en la extracción de boro, silicio, titanio y tungsteno.

${\displaystyle {\ce {3SiO2 + 4Al -> 3Si + 2Al2O3}}}$

${\displaystyle {\ce {B2O3 + 3Mg -> 2B + 3MgO}}}$

${\displaystyle {\ce {TiCl4 + 2Mg -> Ti + 2MgCl2}}}$

${\displaystyle {\ce {WF6 + 3 H2 -> W + 6 HF}}}$

Reacción de termita

El uso de metales altamente reactivos como agentes reductores da lugar a reacciones exotérmicas que funden el metal producido. Esto se utiliza para soldar vías de ferrocarril. ^[6]

Reacción de termita durante la soldadura de un ferrocarril: Poco después, el hierro líquido fluye hacia el molde alrededor del hueco del carril.

${\displaystyle {\ce {Fe2O3(s) + 2 Al(s) -> 2 Fe(l) + Al2O3(s)}}}$

a (Hematita)

${\displaystyle {\ce {3CuO + 2Al -> 3Cu + Al2O3}}}$

Deslustre de plata

Una moneda de plata empañada

La plata se empaña debido a la presencia de sulfuro de hidrógeno , lo que conduce a la formación de sulfuro de plata . ^{[7] [2]}

${\displaystyle {\ce {4Ag + 2H2S + O2 -> 2Ag2S + 2H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {3Ag2S + 2Al -> 6Ag + Al2S3}}}$

Extracción de halógenos

El cloro se fabrica industrialmente mediante el proceso Deacon . La reacción se lleva a cabo a unos 400 a 450 °C en presencia de una variedad de catalizadores como . ${\displaystyle {\ce {CuCl2}}}$

${\displaystyle {\ce {4HCl + O2 -> 2 Cl2 + 2H2O}}}$

El bromo y el yodo se extraen de la salmuera desplazándolos con cloro.

${\displaystyle {\ce {2HBr + Cl2 -> 2HCl + Br2 ^}}}$

${\displaystyle {\ce {2HI + Cl2 -> 2HCl + I2 ^}}}$

Véase también

• Reacción de doble desplazamiento
• Reacción de descomposición
• Reacción de combinación
• Reacción de sustitución

Referencias

1. «Reacciones de reemplazo simple». Khan Academy .
2. "Reacciones de reemplazo simple". Chemistry LibreTexts . 2016-06-27.
3. "Tipos de reacciones químicas: reacciones de desplazamiento simple y doble". courses.lumenlearning.com .
4. Silberberg. Química, naturaleza molecular de la materia y cambio, 4ª ed., pág. 150, McGraw Hill, 2006.
5. "Reacciones exotérmicas de desplazamiento de metales". RSC Education . Fundación Nuffield.{{cite web}}: CS1 maint: others (link)
6. "Reacciones de desplazamiento de óxidos metálicos". BBC Bitesize .
7. Personal del JCE (1 de marzo de 2000). "De plata a negro y viceversa". Revista de educación química . 77 (3): 328A. Código Bibliográfico :2000JChEd..77R.328J. doi :10.1021/ed077p328A. ISSN  0021-9584.

Enlaces externos

Serie de reactividad de RSC

Reacción de desplazamiento de halógeno por RSC

Agua clorada reaccionando con yoduro y bromuro, YouTube