Fő tartalom
Kémia
Tantárgy/kurzus: Kémia > 2. témakör
5. lecke: A kémiai reakciók típusai- Oxidációs szám
- Kidolgozott mintafeladat: Az oxidáció és a redukció azonosítása az oxidációs számok segítségével
- Oxidációs-redukciós (redoxi-) reakciók
- Oldódás és csapadékképződés
- Cserebomlás
- Helyettesítési (szubsztitúciós) reakciók
- Teljes és nettó ionegyenletek
- Teljes és nettó ionegyenletek
© 2023 Khan AcademyFelhasználási feltételekAdatkezelési tájékoztatóSüti figyelmeztetés
Helyettesítési (szubsztitúciós) reakciók
A helyettesítési (vagy szubsztitúciós) reakciók meghatározása. A képződő termékek reaktivitási sorrend alapján történő jóslása.
Mi a helyettesítési reakció?
Az olyan reakciót, ahol egy elem egy másik vegyület egy elemével helyet cserél, helyettesítésnek vagy szubsztitúciónak nevezzük. A kiindulási anyag tehát mindig egy elem, mint például a cink vagy a hidrogéngáz, és egy vízben oldódó vegyület. A reakció során egy új elem és egy új vízben oldódó vegyület keletkezik. A helyettesítési reakciók általános formája:
start color #e84d39, start text, A, end text, end color #e84d39, start text, B, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start color #1fab54, start text, C, end text, end color #1fab54, right arrow, start color #df0030, start text, A, end text, end color #df0030, plus, start color #1fab54, start text, C, end text, end color #1fab54, start text, B, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis
space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, \downarrow, space, space, space, space, space, space, space, space, \downarrow, space, space, space, space, space, space, space, space, space
start color #11accd, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start text, T, i, s, z, t, a, space, e, l, e, m, e, k, !, end text, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, end color #11accd
Látható, hogy az start color #e84d39, start text, A, end text, end color #e84d39, start text, B, end text vegyület start color #e84d39, start text, A, end text, end color #e84d39-ja start color #1fab54, start text, C, end text, end color #1fab54-re cserélődik, így egy új start color #1fab54, start text, C, end text, end color #1fab54, start text, B, end text vegyület és start color #e84d39, start text, A, end text, end color #e84d39 elem keletkezik. Azt is megfigyelhetjük, hogy start color #e84d39, start text, A, end text, end color #e84d39 kezdetben vizes közegben levő ion, majd elemi formájú termék lesz. A start color #1fab54, start text, C, end text, end color #1fab54 reaktánssal pont az ellenkezője történik: elemi formából a start color #1fab54, start text, C, end text, end color #1fab54, start text, B, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis vegyület vizes közegben megtalálható ionjává alakul.
Nézzünk egy konkrét példát:
start color #e84d39, start text, A, g, end text, end color #e84d39, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start color #1fab54, start text, C, u, end text, end color #1fab54, left parenthesis, s, z, right parenthesis, right arrow, space, space, start text, question mark, end text
space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, \downarrow
start color #ca337c, start text, T, i, s, z, t, a, comma, space, s, z, ı, with, \', on top, n, t, e, l, e, n, end text, end color #ca337c
space, space, space, space, space, start color #ca337c, start text, o, l, d, a, t, end text, end color #ca337c
Talán észrevetted, hogy a fenti reakcióban a termékek még nincsenek feltüntetve. Sőt, az is lehet, hogy ez a reakció egyáltalán nem játszódik le! A következő részben megtanuljuk megjósolni, hogy végbemegy-e ez a reakció, és hogy milyen termékek képződhetnek. Addig is gondolkodjunk el azon, vajon mi történhet?
Hogy néz ki valójában ez a reakció?
Az ezüst(I)-nitrát tiszta, színtelen oldatából indulunk ki, amibe azután beledobunk néhány fényes rézdrótot.
Az oldat tengerkékké változik, és a dróton szürke pelyhek jelennek meg. Azta!
Próbáljuk meg ezt a jelenséget kémiai szempontból értelmezni!
A helyettesítési reakciók termékeinek meghatározása
Ahhoz, hogy megállapítsuk, egy helyettesítési reakció végbemegy-e, két kérdésre kell válaszolnunk:
1. Melyik az a két elem, amely helyet cserélhet a feltételezett reakció során?
Általánosságban igaz, hogy azok az elemek, melyek hajlamosak aniont képezni, cserélődhetnek anionnal, míg a kationképzők kationnal. Az alábbi szabályok segítenek abban, hogy eldöntsd, egy adott elem milyen ionokat képezhet.
- A fémek általában kationokat képeznek. Ide tartoznak az 1. és 2. csoport, a 13. és 14. csoport egyes elemei és az átmenetifémek.
- A 17. csoport nemfémes elemei gyakran vesznek részt helyettesítési reakciókban, amikor is 1- töltésű anionokat képeznek.
- A hidrogén általában start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript-ionná alakul a helyettesítési reakciók során.
A mi esetünkben az elemi réz és vízben oldott ezüst(I)nitrát reakciója során valószínűleg a réz képez majd kationokat, hiszen átmeneti fém. A réz-kationok kerülhetnek az ezüst(I)ionok helyére az start text, A, g, end text, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis vegyületben.
2. Milyen új vegyület keletkezik?
Ha már rájöttünk, hogy melyik elem kerül ionos formába, azt is kitalálhatjuk, hogy milyen termékek keletkeznek. Ebben a példában az start color #e84d39, start text, A, g, end text, end color #e84d39, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis-ban levő ezüstionok helyére rézionok kerülnek, így start color #1fab54, start text, C, u, end text, end color #1fab54, left parenthesis, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis keletkezik. Egyidejűleg elemi ezüst, start color #e84d39, start text, A, g, end text, end color #e84d39, left parenthesis, s, z, right parenthesis is képződik. Most már fel tudjuk írni a teljes, rendezett egyenletet:
Vajon összhangban van-e ez a megfigyeléseinkkel? A start text, C, u, end text, left parenthesis, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript oldata kékeszöld, ami magyarázza az oldat színváltozását. A rézdrót felszínén gyarapodó szürke, pelyhes lerakódást pedig az oldatból leváló fémezüst okozza.
Tudsz-e olyan további kísérleteket, melyekkel ellenőrizhetnék a következtetésünket?
Mikor játszódik le helyettesítési reakció?
Ha már tudjuk, hogy melyik két elem cserélődhet ki, akkor a két elem egymáshoz viszonyított reaktivitásából következtethetünk arra, hogy végbemegy-e a reakció. A fenti általános séma esetén, ha start color #1fab54, start text, C, end text, end color #1fab54 és start color #e84d39, start text, A, end text, end color #e84d39, avagy a réz és az ezüst közül start text, C, end text reaktívabb, mint start text, A, end text, akkor start text, C, end text az start text, A, end text helyére kerül a vegyületben. Ha nem, akkor nem megy végbe a reakció.
A reaktivitási sorrend vagy aktivitási sorrend azt mutatja meg, hogy egy elem mennyire reaktív egy adott reakciótípusban, mint például a helyettesítési reakciókban. A reaktívabb elem helyettesíteni fogja a kevésbé reaktívat, fordítva viszont ez nem így van. A kationokra és az anionokra külön rangsorok léteznek.
Azokra az elemekre, amelyekre az jellemző, hogy elektron felvételével aniont képeznek, az alábbi sorrend írható fel:
Könnyebb megjegyezni ezt a sorrendet, ha megnézzük ezen elemek periódusos rendszerbeli elhelyezkedését: a csoportban felfelé haladva egyre reaktívabb elemekhez jutunk. Például a start text, B, r, end text, start subscript, 2, end subscript helyettesíti a start text, I, end text, start subscript, 2, end subscript-ot, de nem lép reakcióba egy fluoridiont tartalmazó vegyülettel.
A kationképzők esetében a sorrend jóval hosszabb és nem olyan egyértelmű. Alább láthatsz egy példát egy ilyen reaktivitási sorrendre.
A reaktivitás rendkívül összetett fogalom. Mindenekelőtt számos reakciótípus létezik. Tulajdonképpen milyen reaktivitási sorrendről beszélünk itt? Van olyan sorrend, amely a vízzel és savakkal szembeni reaktivitást veszi figyelembe, vagy hogy az elem milyen mértékben hajlamos elektron leadásra, kation képzésére. Ennek következtében sokféle sorrend állítható fel. Az, hogy melyikkel találkozol, függ attól, hogy kitől vagy milyen könyvből tanulsz. Ebben a tananyagban a feladatmegoldások során a fenti sorrendet alkalmazzuk.
A reaktivitási sorrendet a kationok és anionok esetén ugyanúgy alkalmazzuk:
A reaktívabb elem helyettesíti a kevésbé reaktívat a vegyületben.
Térjünk vissza a kísérletünkre, az start text, A, g, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis és rézdrót reakciójára! Látjuk, hogy a reaktivitási sorrendben a réz áll előkelőbb helyen, tehát azt várjuk, hogy a réz reaktívabb lesz a helyettesítési reakciókban, mint az ezüst, tehát az start text, A, g, end text, start superscript, plus, end superscript-iont a vegyületeiben helyettesíti a
start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript-ion, ami megegyezik az eredményünkkel. Hurrá!
Kidolgozott példa: A helyettesítési reakció termékeinek meghatározása
Nézzük meg az alábbi reakciót:
Először is döntsük el hogy a start text, M, g, end text az start text, A, l, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript vegyület melyik elemét fogja helyettesíteni. Az start text, A, l, end text jellemzően 3+ töltésű ionokat képez. Ez onnan is kikövetkeztethető, hogy az start text, A, l, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript vegyület semleges, és mivel a foszfátion 3- töltésű, így az start text, A, l, end text töltése csak 3+ lehet. Mivel a start text, M, g, end text szintén kationképző fém, így jogosan gondolhatjuk azt, hogy a start text, M, g, end text az start text, A, l, end text-ot fogja helyettesíteni. Ezen túl, ha a reaktivitási sorrendre tekintünk, megállapíthatjuk, hogy a start text, M, g, end text reaktívabb, mint az start text, A, l, end text, ezért várakozásunk szerint a helyettesítési reakció végbe fog menni.
Vajon milyen termékek keletkeznek a fenti helyettesítéses reakció során? Várakozásunk szerint elemi start text, A, l, end text, left parenthesis, s, z, right parenthesis, és start text, M, g, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, left parenthesis, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript ionvegyület képződik.
Tehát a teljes reakció:
Még nem vagyunk teljesen készen, hiszen nem rendeztük az egyenletet. Ehhez a kiindulási anyagok oldalán az start text, A, l, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript vegyületet meg kell szoroznunk kettővel, a start text, M, g, end text, left parenthesis, s, z, right parenthesis-ot hárommal, míg a termékek oldalán az start text, A, l, end text, left parenthesis, s, z, right parenthesis-ot kettővel. Így a rendezett egyenlet:
Összefoglalás
A helyettesítéses reakciók általános formája:
ahol egy vegyületben egy elemet egy másik elem helyettesít, aminek eredményeként egy új elem és egy új vegyület keletkezik.
Amire még nem árt emlékezni a helyettesítéses reakcióknál:
- Azok az elemek, melyek jellemzően kationt képeznek – mint a fémek vagy a hidrogéngáz – a vegyület kationját helyettesítik. Míg azok az elemek, amelyek aniont képeznek – az anionképzők, jellemzően a 17. csoport halogénjei – a vegyület anionjait helyettesítik.
- A helyettesítési reakciók során az aktivitási sorrendben előrébb álló elemek reaktívabbak. Várakozásunk szerint helyettesítési reakció akkor játszódik le, ha a vegyület kevésbé reaktív eleme egy reaktívabb elemre cserélődik le.
Tudáspróba
1. Feladat
Milyen termékek keletkezhetnek az alábbi helyettesítéses reakcióban?
2. feladat
Abban az esetben, ha a start text, C, u, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript vizes oldatából elemi rezet szeretnénk leválasztani, melyik reagenst használjuk az alábbiak közül?
Szeretnél részt venni a beszélgetésben?
Még nincs hozzászólás.