Reação de deslocamento único - Single displacement reaction

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Uma reação de deslocamento único , também conhecida como reação de substituição única ou reação de troca , é uma reação química na qual um elemento é substituído por outro em um composto.

Pode ser representado genericamente como:

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

onde também

${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ e são metais diferentes (ou qualquer elemento que forma cátion como hidrogênio) e é um ânion ; ou ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {C}}}$

${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ e são halogênios e é um cátion . ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {C}}}$

Isso ocorrerá com mais freqüência se for mais reativo do que , dando assim um produto mais estável. A reação nesse caso é exergônica e espontânea. ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$

No primeiro caso, quando e são metais, e são geralmente compostos aquosos (ou, muito raramente, num estado fundido) e é um ião espectador (ou seja, mantém-se 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)}}}

Quando um fio de cobre é mergulhado em uma solução de nitrato de prata, o cobre desloca a prata, tornando a solução azul e a prata sólida precipita ("árvore de prata"): Cu + AgNO₃ → Cu (NO₃) ₂ + Ag ↓

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Na série de reatividade , os metais com maior propensão a doar seus elétrons para reagir são listados primeiro, seguidos pelos menos reativos. Portanto, um metal no topo da lista pode deslocar qualquer coisa abaixo dele. Aqui, está uma versão condensada do mesmo:

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

(Hidrogênio, carbono e amônio não são metais, mas formam cátions.)

Da mesma forma, os halogênios com maior propensão para adquirir elétrons são os mais reativos. A série de atividades para halogênios é: ${\ displaystyle {\ ce {F2> Cl2> Br2> I2}}}$

Devido à natureza de estado livre de e , reações de deslocamento simples também são reações redox , envolvendo a transferência de elétrons de um reagente para outro. Quando e são metais, está sempre oxidado e sempre reduzido. Já que os halogênios preferem ganhar elétrons, é reduzido (de a ) e é oxidado (de a ). ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {0}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {-1}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {-1}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {<chem> 0}}}$

Substituição de cátions

Aqui, um cátion substitui outro:

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

(O elemento A substituiu B no composto BC para se tornar um novo composto AC e o elemento livre B.)

Alguns exemplos são:

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

(Vitríolo azul) ____ (Vitríolo verde)

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

(Vitríolo azul) ___ (Vitríolo branco)

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

(Vitríolo verde) (Vitríolo branco)

Essas reações são exotérmicas e o aumento da temperatura é geralmente da ordem da reatividade dos diferentes metais.

Se o reagente na forma elementar não for o metal mais reativo , nenhuma reação ocorrerá. Alguns exemplos disso seriam o contrário.

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

Sem reação

Substituição de ânion

Aqui, um ânion substitui outro:

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

(O elemento A substituiu B no composto CB para formar um novo composto CA e o elemento livre B.)

Alguns exemplos são: ${\ displaystyle {\ ce {Cl2 + 2NaBr -> 2NaCl + Br2 (v)}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {Br2 + 2KI -> 2KBr + I2 (v)}}}$

Novamente, o halogênio menos reativo não pode substituir o halogênio mais reativo:

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

nenhuma reação

Reações comuns

Reação metal-ácido

Os metais reagem com os ácidos para formar sais e gás hidrogênio.

Liberação de gás hidrogênio quando o zinco reage com o ácido clorídrico.

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

No entanto, metais menos reativos não podem deslocar o hidrogênio dos ácidos. (Eles podem reagir com ácidos oxidantes).

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

Sem reação

Reação entre metal e água

Os metais reagem com a água para formar óxidos metálicos e gás hidrogênio. Os óxidos de metal se dissolvem posteriormente em água para formar álcalis.

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

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

A reação pode ser extremamente violenta com metais alcalinos, pois o gás hidrogênio pega fogo.

Metais como ouro e prata, que estão abaixo do hidrogênio na série de reatividade, não reagem com a água.

Extração de metal

Coque ou metais mais reativos são usados para reduzir metais de seus óxidos de metal, como na reação carbotérmica de óxido de zinco (zincita) para produzir zinco metálico:

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

e o uso de alumínio para produzir manganês a partir do dióxido de manganês :

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

Mesmo para reações que funcionam na direção oposta de suas reatividades intrínsecas, o deslocamento pode ser levado a ocorrer, como no processo de Acheson para deslocar o silício do dióxido de silício usando carbono :

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

Reação Thermite

O uso de metais altamente reativos como agentes redutores leva a reações exotérmicas que fundem o metal produzido. Isso é usado para soldar trilhos de ferrovia.