واکنش جانشینی دوگانه چیست و انواع آن کدام است؟

دسته ای از واکنش های شیمیایی که در آن ها، جای دو عنصر در دو ترکیب شیمیایی با هم عوض می شود، واکنش جانشینی دوگانه نامیده می شود. باید موادی که در طرف چپ این نوع از واکنش ها به عنوان مواد اولیه هستند، ترکیب های چند اتمی باشند. در این واکنش ها جای فلز با فلز و یا جای فلز با هیدروژن تعویض می شود. از جمله این نوع واکنش ها می توان به واکنش میان نیترات نقره با سدیم کلرید اشاره کرد که جای یون های مثبت در مواد اولیه واکنش عوض شده و از نوع واکنش های رسوبی هستند. با مطالعه مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک حاضر می توان اطلاعات مختصری را درباره واکنش جانشینی دوگانه و همچنین برخی از مثال های آن ها به دست آورد.

واکنش شیمیایی چیست؟

فرایندهایی که در طی آن ها نوعی از ماده و یا مواد شیمیایی به انواع دیگر تبدیل می شوند، واکنش شیمیایی گفته می شود. در این فرایندها، بین اتم ها، موقعیت الکترون های تشکیل دهنده پیوندهای شیمیایی تغییر کرده، به عبارتی پیوندهای شیمیایی قبلی شکسته شده و پیوندهای شیمیایی جدید تشکیل می شود. به موادی که به عنوان مواد اولیه در واکنش های شیمیایی شرکت می کنند، واکنش دهنده و یا معرف گفته می شود. به موادی که در نتیجه ی واکنش تولید می شوند، محصولات واکنش گفته می شود. محصولات تولید شده از نظر خواص با مواد اولیه متفاوت است. هر واکنش شیمیایی با یک معادله نمایش داده می شود که شامل مواد اولیه، محصولات و در برخی از موارد حدواسط است.

غلظت و همچنین سرعت انجام واکنش ها متفاوت بوده و دما عامل بالا برنده سرعت در واکنش های شیمیایی است. همچنین واکنش های شیمایی می تواند یک طرفه و یا دو طرفه و قابل برگشت باشد.

انواع واکنش های شیمیایی

واکنش های شیمیایی به پنج دسته واکنش های ترکیبی، تجزیه ای، جانشینی و همچنین واکنش سوختن یا احتراق تقسیم می شوند.

واکنش های ترکیبی به واکنش هایی گفته می شود که در آن دو یا چند ماده با هم ترکیب شده و ماده واحد جدیدی را تشکیل می دهد. به عنوان مثال دو عنصر سدیم و کلر با هم ترکیب شده و ترکیب سدیم کلرید را ایجاد می کند.

واکنش های تجزیه ای به دسته ای از واکنش های شیمیایی گفته می شود که در آن ترکیبی شکسته شده و دو یا چند جزء را تشکیل می دهد. این نوع از واکنش ها برای انجام گرفتن نیاز به نور، گرما و یا برق دارند. به عنوان مثال اکسید جیوه جامدی قرمز رنگ است که با گرما دیدن و تجزیه به اکسیژن و جیوه تبدیل می شود.

واکنش سوختن نیز به دسته ای از واکنش های شیمیایی گفته می شود که در آن یک ماده با گاز اکسیژن وارد واکنش شیمیایی شده و با تولید نور و گرما، اکسید این ماده تشکیل می شود. به عنوان مثال وقتی هیدروژن با گاز اکسیژن وارد واکنش می شود، مولکول آب تشکیل می شود. از سوختن هیدروکربن ها نیز دی اکسید کربن و آب تولید می شود.

در این جا درباره واکنش جانشینی به طور مفصل تری توضیح داده می شود.

واکنش جانشینی چیست؟

یکی از واکنش های مهم در شیمی آلی، جانشینی است که در جابجایی یک گروه عاملی از یک ترکیب با گروه عاملی دیگری از ترکیب دوم صورت می گیرد. واکنش های جانشینی با توجه به نوع مواد واکنش دهنده آن به دو دسته جانشینی یگانه و واکنش جانشینی دوگانه تقسیم می شود. این تقسیم بندی با توجه به نوع حدواسط های واکنش ها که می تواند کربوکاتیون، کربانیون و یا رادیکال آزاد باشد، انجام می شود.

واکنش جانشینی یگانه چیست؟

یک جابجایی در یک واکنش جانشینی یگانه انجام می شود که در آن یک ترکیب با یک اتم و یا یون از یک ترکیب می تواند با اتم و یا یونی واکنش پذیرتر جایگزین شود.

واکنش جانشینی یگانه فلز با فلز

اگر بخواهیم معادله این نوع واکنش را بنویسیم خواهیم داشت :

A + BC → AC + B

در این واکنش عنصر A جایگزین عنصر B شده است که هر دو یک فلز الکترون دهنده خواهند بود. به عبارتی در این واکنش جایگزینی یگانه یک فلز با فلزی دیگر جابجا شده است. C را در این واکنش به عنوان یونی ناظر محسوب می کنند که در واکنش شرکت نمی کند. واکنش جانشینی فلز روی با مس (ll) سولفات نمونه ای از این نوع واکنش است که در آن فلز روی به جای فلز مس می نشیند.

واکنش جایگزینی یگانه فلز با هیدروژن

وقتی یک عنصر فلزی با ترکیبی که فاقد فلز بوده ولی هیدروژن دارد واکنش دهد، فلز جایگرین هیدروژن در ترکیب می شود. نمونه ای از این واکنش بین فلز منیزیم با هیدروژن کلرید اتفاق می افتد که در این واکنش، فلز منیزیم به جای هیدروژن در ترکیب هیدروژن کلرید قرار می گیرد.

وقتی ترکیب به کار رفته در این واکنش، آب باشد، با نوشتن معادله واکنش به صورت زیر، واکنش جانشینی رخ می دهد.

K + HOH → KOH + 2H

واکنش جایگزینی یگانه نافلز با نافلز

در این نوع واکنش، یک نافلز با یک ترکیب که دارای نافلز است، وارد واکنش می شود. با جابجایی نافلزها، واکنش انجام می شود. معادله این واکنش به صورت زیر نوشته می شود.

Y + XZ → XY + Z

در این معادله Y جایگزین X شده است که هر دو نافلز هستند. نمونه ای از این نوع واکنش بین کلر با پتاسیم یدید انجام می شود که در آن، کلر نافلزی است که جانشین نافلز برم در ترکیب می شود. در واکنش هایی که هالوژن ها به کار می روند، این اتم ها به صورت مولکول هایی دو اتمی به کار می روند.

واکنش جانشینی دوگانه

وقتی جای دو عنصر در دو ترکیب با هم عوض می شود، به نام واکنش جانشینی دوگانه خوانده می شود. به عبارتی دیگر در واکنش جانشینی دوگانه، دو گونه شیمیایی با هم مبادله می شوند و بدون این که پیوندهای آن ها تغییری بکند. باز به گونه ای دیگر می توان گفت که در این واکنش، جای دو عنصر در ترکیب های شیمیایی با هم عوض می شود. رسوب، گاز و یا آب می تواند محصول یک واکنش جانشینی دوگانه باشند. ولی نمی توان گفت همه ی واکنش هایی که آب محصول آن هاست، جانشینی دوگانه باشند.

در تعریف واکنش جایگزینی دوگانه می توان گفت که یک ترکیب واکنش دهنده برای تبادل با مولکول و یا ترکیب دیگر از ترکیب واکنش دهنده دیگر، یک مولکول و یا ترکیب می گیرد. ذرات مبادله شده می تواند آنیون و یا کاتیون باشد. به واکنش جانشینی دوگانه، متاسنتز یا جابجایی دوگانه نیز گفته می شود.

به طور کلی معادله این نوع واکنش ها را می توان به صورت زیر نوشت.

UV + XY → UY + XV

برای فهم این نوع واکنش ها می توان مثال ترکیب نیترات نقره با سدیم کلرید را در نظر گرفت. اجزای تشکیل دهنده نیترات نقره، کاتیون نقره و آنیون نیترات و سدیم کلرید، کاتیون سدیم و آنیون کلرید است. پس ذرات مبادله شونده در این جا یون ها هستند. طبق واکنش زیر آنیون نیترات با کلرید مبادله می شود.

AgNO_۳ + NaCl → NaNO_۳ + AgCl

نکته

باید در این نوع واکنش ها توجه کرد که ذره و یا یونی که در واکنش شرکت نمی کند، تماشاچی خوانده می شود.

انواع واکنش جانشینی دوگانه

همان طور که گفته شد محصولات این نوع واکنش می تواند رسوب، گاز و یا آب باشد. در این جا برای هر کدام از این واکنش ها مثالی ذکر می کنیم.

مثال واکنش های رسوبی

وقتی دو ترکیب واکنش دهنده دارای فلز بوده و جابجایی بین دو فلز صورت گیرد، رسوب به عنوان محصول تولید می شود. به عنوان مثال نیترات سرب با سدیم یدید ترکیب می شود طبق واکنش جانشینی دوگانه، سرب یدید و نیترات سدیم به عنوان محصولات واکنش تولید می شود. در این واکنش رسوب تشکیل شده، سرب یدید است.

Pb(NO_۲)_۲ (aq) + 2NaI (aq) → PbI_۲ (s) + 2NaNO_۳ (aq)

مثال واکنش خنثی شدن

واکنش های خنثی شدن شامل ترکیب اسید و با باز است که منجر به تولید نمک و آب می شود. در این واکنش یک فلز با هیدروژن جابجا می شود. به عنوان مثال وقتی سدیم هیدروکسید با اسید هیدروکلریک وارد واکنش می شود، نمک سدیم کلرید با آب تشکیل می شود. در این واکنش با این که مواد اولیه اسید و بازی خورنده هستند، ولی محصولی که تولید می شود یک نمک بدون خطر است.

NaOH (aq) + HCl (l) → NaCl (s) + H_۲O (l)

مثال واکنش تولید گاز

اگر یک نمک مانند کربنات سدیم با اسیدی مانند اسید هیدروکلریک وارد واکنش شود، سدیم کلرید، آب و گاز دی اکسید کربن به عنوان محصولات واکنش هستند.

Na_۲CO_۳ (aq) + 2HCl (aq) → ۲NaCl (aq) + H_۲O (l) + CO_۲ (g)

نمونه ی دیگری از این واکنش، ترکیب سدیم سولفید با اسید هیدروکلریک است که سدیم کلرید و گاز هیدروژن سولفید، محصولات آن هستند.

Na_۲S (aq) + 2 HCl (aq) → H_۲S (g) + 2NaCl (aq)