💧

Διπλή Αντικατάσταση & Εξουδετέρωση

Μεταθετικές αντιδράσεις: ίζημα, αέριο, νερό — πίνακας αερίων και ιζημάτων

Πώς καταλαβαίνει ένας χημικός αν το νερό έχει χλωριόντα;

Ρίχνει λίγες σταγόνες διαλύματος νιτρικού αργύρου $AgNO_3$ . Αν το νερό περιέχει $Cl^-$ , εμφανίζεται αμέσως ένα λευκό θόλωμα: στερεό $AgCl$ που δεν διαλύεται. Αυτή η «ανταλλαγή ιόντων» που δίνει ίζημα, αέριο ή νερό είναι οι μεταθετικές αντιδράσεις — και ανάμεσά τους η εξουδετέρωση ενός οξέος από μια βάση.

Μεταθετικές αντιδράσεις

Στις μεταθετικές αντιδράσεις οι αριθμοί οξείδωσης όλων των στοιχείων μένουν σταθεροί. Είναι οι αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης και η εξουδετέρωση.

Διπλή αντικατάσταση

Αντιδράσεις μεταξύ δύο ηλεκτρολυτών (οξέα, βάσεις, άλατα) σε υδατικά διαλύματα, κατά τις οποίες οι ηλεκτρολύτες ανταλλάσσουν ιόντα:

$A^+B^- + \Gamma^+\Delta^- \rightarrow A^+\Delta^- + \Gamma^+B^-$

Μια διπλή αντικατάσταση γίνεται μόνο αν ένα από τα προϊόντα:

καταβυθίζεται ως ίζημα ( $\downarrow$ ), ή
εκφεύγει ως αέριο ( $\uparrow$ ), ή
είναι ελάχιστα ιοντιζόμενη ένωση — στην πράξη, το νερό στην εξουδετέρωση.

Αν όλα τα προϊόντα μένουν διαλυμένα ως ιόντα, δεν γίνεται αντίδραση.

Κυριότερα αέρια και ιζήματα (πίνακας 3.1 — διδάσκεται, δεν απομνημονεύεται)

Αέρια: $HF$ , $HCl$ , $HBr$ , $HI$ , $H_2S$ , $HCN$ , $SO_2$ , $CO_2$ , $NH_3$

Ιζήματα:

$AgCl$ , $AgBr$ , $AgI$ , $BaSO_4$ , $CaSO_4$ , $PbSO_4$
όλα τα ανθρακικά άλατα εκτός από $K_2CO_3$ , $Na_2CO_3$ , $(NH_4)_2CO_3$
όλα τα θειούχα άλατα εκτός από $K_2S$ , $Na_2S$ , $(NH_4)_2S$
όλα τα υδροξείδια των μετάλλων εκτός από $KOH$ , $NaOH$ , $Ca(OH)_2$ , $Ba(OH)_2$

Ασταθείς ενώσεις: το $H_2CO_3$ και το $H_2SO_3$ διασπώνται, ενώ το $NH_4OH$ είναι υποθετικό. Γι' αυτό στα προϊόντα γράφουμε:

$CO_2\uparrow + H_2O$ αντί $H_2CO_3$ · $SO_2\uparrow + H_2O$ αντί $H_2SO_3$ · $NH_3\uparrow + H_2O$ αντί $NH_4OH$

Ήξερες ότι;

Τα διαλυτά άλατα του βαρίου είναι δηλητηριώδη, κι όμως πριν από μια ακτινογραφία στομάχου ο ασθενής πίνει ένα παχύρρευστο υγρό με θειικό βάριο $BaSO_4$ . Είναι τόσο δυσδιάλυτο που δεν απορροφάται καθόλου από τον οργανισμό, ενώ σταματά τις ακτίνες Χ και «φωτίζει» το πεπτικό σύστημα στην ακτινογραφία.

Γρήγορος έλεγχος

Πραγματοποιείται η αντίδραση $NaCl(aq) + KNO_3(aq)$ ;

Μέθοδος: συμπλήρωση διπλής αντικατάστασης

Χώρισε κάθε αντιδρών σε κατιόν και ανιόν με τα φορτία τους.
Αντάλλαξε τα ανιόντα και γράψε σωστούς τύπους για τα νέα σώματα (ουδετερότητα φορτίων).
Έλεγξε με τον πίνακα: υπάρχει ίζημα, αέριο ή νερό; Αν σχηματίζεται $H_2CO_3$ , $H_2SO_3$ ή « $NH_4OH$ », γράψε τα προϊόντα διάσπασής τους.
Αν δεν υπάρχει τίποτα από αυτά → δεν γίνεται.
Ισοστάθμισε.

Κόλπο μνήμης

Μια διπλή αντικατάσταση γίνεται μόνο αν βγάζει Ίζημα, Αέριο ή Νερό: «ΙΑΝ». Αν στα προϊόντα δεν βρίσκεις κανένα από τα τρία, όλα τα ιόντα μένουν απλώς ανακατεμένα στο διάλυμα — και η αντίδραση δεν γίνεται.

Άσκηση: Να γραφούν οι αντιδράσεις: (α) $AgNO_3 + NaCl$ , (β) $Na_2CO_3 + HCl$ , (γ) $Pb(NO_3)_2 + KI$ , (δ) $(NH_4)_2SO_4 + KOH$ .

Λύση:

(α) $AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$ (λευκό ίζημα)

(β) $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O$ (το $H_2CO_3$ διασπάται· έλεγχος: $O$ $3 = 2 + 1$ ✓)

(γ) $Pb(NO_3)_2 + 2KI \rightarrow PbI_2\downarrow + 2KNO_3$ (κίτρινο ίζημα)

(δ) $(NH_4)_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$ (έλεγχος: $H$ $8 + 2 = 6 + 4$ ✓)

Εξουδετέρωση

Εξουδετέρωση ονομάζεται η αντίδραση ενός οξέος με μια βάση. Τα $H^+$ του οξέος ενώνονται με τα $OH^-$ της βάσης και σχηματίζουν νερό, ενώ το ανιόν του οξέος και το κατιόν της βάσης σχηματίζουν άλας. Έτσι «εξαφανίζονται» οι ιδιότητες του οξέος και της βάσης.

$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$
$H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$
$3Ca(OH)_2 + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6H_2O$

Στις εξουδετερώσεις περιλαμβάνονται επίσης (για τα προϊόντα, φαντάσου στη θέση του οξειδίου το αντίστοιχο οξύ ή βάση):

όξινο οξείδιο + βάση: $N_2O_5 + 2NaOH \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O$
βασικό οξείδιο + οξύ: $CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$
όξινο + βασικό οξείδιο (χωρίς νερό): $3SO_3 + Fe_2O_3 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3$
αμμωνία + οξύ (χωρίς νερό): $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$ , $\ 2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O \qquad \text{οξύ} + \text{βάση} \rightarrow \text{άλας} + H_2O$

Άσκηση: Να συμπληρωθούν και να ισοσταθμιστούν: (α) $CO_2 + Ca(OH)_2$ , (β) $P_2O_5 + KOH$ , (γ) $HNO_3 + Fe_2O_3$ , (δ) $N_2O_5 + CaO$ .

Λύση:

(α) $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$ — γι' αυτό το «ασβεστόνερο» θολώνει όταν φυσάμε μέσα του.

(β) $P_2O_5$ ↔ $H_3PO_4$ : $P_2O_5 + 6KOH \rightarrow 2K_3PO_4 + 3H_2O$ (έλεγχος: $K$ 6, $P$ 2, $O$ $5 + 6 = 8 + 3$ , $H$ $6 = 6$ ✓)

(γ) $6HNO_3 + Fe_2O_3 \rightarrow 2Fe(NO_3)_3 + 3H_2O$ (έλεγχος: $N$ 6, $H$ 6, $O$ $18 + 3 = 18 + 3$ ✓)

(δ) $N_2O_5 + CaO \rightarrow Ca(NO_3)_2$ (όξινο + βασικό οξείδιο, χωρίς νερό· έλεγχος: $O$ $5 + 1 = 6$ ✓)

Άσκηση τύπου διαγωνίσματος: Να συμπληρωθούν (όπου γίνονται) και να ισοσταθμιστούν οι αντιδράσεις:

(1) $AlCl_3 + AgNO_3$ (2) $BaCO_3 + HCl$ (3) $Ba(NO_3)_2 + Na_2SO_4$ (4) $NaHCO_3 + HI$ (5) $KCl + NaNO_3$ (6) $NH_4Cl + Mg(OH)_2$ (7) $Pb(NO_3)_2 + Na_2S$

Λύση:

(1) $AlCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + 3AgCl\downarrow$

(2) $BaCO_3 + 2HCl \rightarrow BaCl_2 + CO_2\uparrow + H_2O$

(3) $Ba(NO_3)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaNO_3$

(4) $NaHCO_3 + HI \rightarrow NaI + CO_2\uparrow + H_2O$

(5) Δεν γίνεται: $KNO_3$ και $NaCl$ είναι ευδιάλυτα, κανένα αέριο.

(6) $2NH_4Cl + Mg(OH)_2 \rightarrow MgCl_2 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$ (έλεγχος: $H$ $8 + 2 = 6 + 4$ ✓)

(7) $Pb(NO_3)_2 + Na_2S \rightarrow PbS\downarrow + 2NaNO_3$

Απάντηση: γίνονται όλες εκτός από την (5).

Γρήγορος έλεγχος

Ποια είναι τα προϊόντα της αντίδρασης $Na_2CO_3 + H_2SO_4$ ;

Γρήγορος έλεγχος

Ποιο είναι το προϊόν της αντίδρασης $NH_3 + HNO_3$ ;

Γρήγορος έλεγχος

Ποιος συνδυασμός διαλυμάτων δίνει ίζημα;

Πρόκληση

τα τρία μπουκάλια χωρίς ετικέτα. Τρία μπουκάλια περιέχουν διαλύματα $NaCl$ , $Na_2CO_3$ και $Na_2SO_4$ , αλλά χάθηκαν οι ετικέτες. Διαθέτεις μόνο διάλυμα $HCl$ και διάλυμα $BaCl_2$ . Πώς θα τα ξεχωρίσεις με όσο το δυνατόν λιγότερα πειράματα; Γράψε τις αντιδράσεις.

Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση

Ρίχνεις λίγο $HCl$ σε δείγμα από κάθε μπουκάλι. Αναβρασμός (αέριο) εμφανίζεται μόνο στο $Na_2CO_3$ :

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O$

Στα άλλα δύο ρίχνεις $BaCl_2$ . Λευκό ίζημα δίνει μόνο το $Na_2SO_4$ :

$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$

Το διάλυμα που δεν αντέδρασε σε κανένα βήμα είναι το $NaCl$ : με το $BaCl_2$ θα έδινε $NaCl$ και $BaCl_2$ — ούτε ίζημα, ούτε αέριο, ούτε νερό.

Απάντηση: $HCl$ → αναβρασμός = $Na_2CO_3$ · μετά $BaCl_2$ → ίζημα = $Na_2SO_4$ · τίποτα = $NaCl$ .

Συνηθισμένα λάθη

Γράφεις $H_2CO_3$ ή $NH_4OH$ στα προϊόντα. Γράφεις $CO_2\uparrow + H_2O$ και $NH_3\uparrow + H_2O$ .
Κάθε ανάμειξη αλάτων αντιδρά. Χωρίς ίζημα, αέριο ή νερό δεν γίνεται διπλή αντικατάσταση.
Νερό στην $NH_3$ + οξύ και στο όξινο + βασικό οξείδιο. Εκεί σχηματίζεται μόνο άλας.
Λάθος τύποι μετά την ανταλλαγή. Ξαναγράψε τους τύπους από τα φορτία: $Ba^{2+}$ με $NO_3^-$ δίνει $Ba(NO_3)_2$ , όχι $BaNO_3$ .

Σύνοψη — τι κρατάμε

Μεταθετικές αντιδράσεις: κανένας Α.Ο. δεν αλλάζει· διπλή αντικατάσταση και εξουδετέρωση.
Διπλή αντικατάσταση: ανταλλαγή ιόντων· γίνεται μόνο αν προκύπτει ίζημα, αέριο ή νερό.
Αέρια: $HF, HCl, HBr, HI, H_2S, HCN, SO_2, CO_2, NH_3$ · ιζήματα: $AgCl, AgBr, AgI, BaSO_4, CaSO_4, PbSO_4$ , τα περισσότερα ανθρακικά, θειούχα και υδροξείδια.
$H_2CO_3 \to CO_2 + H_2O$ , $H_2SO_3 \to SO_2 + H_2O$ , $NH_4OH \to NH_3 + H_2O$ .
Εξουδετέρωση: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$ · και οξείδια με οξέα/βάσεις· $NH_3$ + οξύ → άλας χωρίς νερό.

Μεταθετικές αντιδράσεις

Διπλή αντικατάσταση

A^+B^- + \Gamma^+\Delta^- \rightarrow A^+\Delta^- + \Gamma^+B^-

Μια διπλή αντικατάσταση γίνεται μόνο αν ένα από τα προϊόντα:

καταβυθίζεται ως ίζημα (

\downarrow

), ή

εκφεύγει ως αέριο (

\uparrow

), ή

είναι ελάχιστα ιοντιζόμενη ένωση — στην πράξη, το νερό στην εξουδετέρωση.

Αν όλα τα προϊόντα μένουν διαλυμένα ως ιόντα, δεν γίνεται αντίδραση.