واکنش جانشینی دوگانه چیست؟ – به زبان ساده

واکنش جانشینی دوگانه چیست ؟

^-A⁺ B^- + C⁺ D^- → A⁺ D^- + C⁺B

واکنش جابجایی دوگانه

نحوه تشخیص واکنش جانشینی دوگانه چیست ؟

آزمایش واکنش جانشینی دوگانه

سپس محلول ۰/۱ مولار سدیم سولفید را نیز جداگانه می‌سازیم و بعد از آماده‌سازی این محلول چند قطره از آن را به آرامی به محلول فوق مانند تصویر زیر اضافه می‌کنیم. در پایان شاهد یک رسوب سیاه‌رنگ خواهیم بود که این رسوب همان مس (II) سولفید است.

واکنش زیر مربوط به واکنش جانشینی دوگانه آزمایش فوق است.

$$CuSO_4 (aq) + Na_2S(aq)\rightarrow CuS(s)+Na_2 SO_4(aq)$$

انواع واکنش جانشینی دوگانه چیست ؟

1. تشکیل رسوب (واکنش‌های رسوبی)
2. تشکیل گاز
3. تشکیل ترکیبات مولکولی (واکنش‌های خنثی‌سازی)

واکنش تشکیل رسوب

واکنش تشکیل رسوب یا واکنش‌های رسوبی واکنش‌هایی هستند که طی فرایند جانشینی دوگانه، رسوب تشکیل می‌دهند. به عبارتی زمانی‌که دو ترکیب یونی محلول در آب با هم واکنش می‌دهند ترکیب یونی جدیدی تشکیل می‌شود که در آب انحلال‌ناپذیر است. به این ترکیب جدید، رسوب و به حلال و سایر ترکیبات محلول در آب «مایع شناور» یا (Supernatant) می‌گویند.

توجه داشته باشید که همه ترکیبات یونی در حین واکنش با هم رسوب تشکیل نمی‌دهند. همچنین ممکن است که برخی از رسوبات تحت شرایط خاصی تشکیل شوند. به همین دلیل در تشکیل یا عدم تشکیل رسوبات یک سری از فاکتورهای شیمیایی نقش دارند که برخی از آن‌ها عبارتند از:

• دما: کاهش یا افزایش دما در حین ترکیب مواد شیمیایی می‌تواند در تشکیل یا عدم تشکیل رسوب نقش داشته باشد. با افزایش دما حین واکنش، قدرت انحلال‌پذیری ترکیبات یونی در آب افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه احتمال تشکیل رسوب نیز بیشتر خواهد شد.
• پی اچ (pH): اسیدی یا بازی بودن محلول نیز در تشکیل یا عدم تشکیل رسوب می‌تواند نقش داشته باشد.
• غلظت واکنش‌دهنده‌ها:مقدار غلظت کاتیون و آنیون‌ها برای تشکیل یا عدم تشکیل رسوب فاکتور مهمی است.

بنابراین نتیجه می گیریم که اگر تمامی یون‌های شرکت‌کننده در واکنش انحلال‌پذیر باشند، رسوبی تشکیل نخواهد شد.

کاربرد واکنش‌های رسوبی

به کمک رسوب ناشی از ترکیب دو محلول، می‌توان یون‌های یک محلول مجهول را شناسایی کرد. هنگام آماده‌سازی و ایزوله کردن یک ترکیب، واکنش‌های رسوبی نیز می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند.

خواص رسوب حاصل از واکنش جانشینی دوگانه

به عنوان مثال واکنش بین نقره نیترات و پتاسیم کلرید یک نوع واکنش جانشینی دوگانه است که در اثر واکنش، رسوب سفیدرنگ نقره کلرید را به وجود می‌آورند. واکنش مولکولی تشکیل رسوب نقره کلرید به صورت زیر است.

$$AgNO_{3}(aq) + KCl(aq) \rightarrow AgCl(s) + KNO_{3}(aq)$$

توجه داشته باشید که بهتر است معادله واکنش جانشینی دوگانه را به صورت یون‌های محلول نوشته شود که به آن معادله واکنش کامل یونی می‌گویند. بنابراین واکنش کامل یونی واکنش فوق به صورت زیر است.

$$Ag^{+}(aq) +NO_{3}^{-}(aq) + k^{+}(aq)+ cl^{-}(aq)\rightarrow AgCl(s) + K^{+}(aq)+ NO_{3}^{-} (aq)$$

همان‌طور که در واکنش بالا می بینید رسوب واکنش، نقره کلرید است که در آب حل نمی‌شود. لازم به ذکر است که شیوه دیگری برای نوشتن واکنش تشکیل رسوب، معادله یونی خنثی است. در این نوع معادله یون‌هایی که در تشکیل رسوب نقشی ندارند از واکنش حذف می‌شوند و به این یون‌ها، یون‌های تماشاچی می گویند. دلیل این امر آن است که آن‌ها در واکنش تشکیل رسوب شرکت ندارند و صرفا نظاره‌گر واکنش هستند. در مورد واکنش فوق، معادله یا واکنش یونی خنثی به صورت زیر خواهد بود:

$$Ag^{+}(aq) + Cl^{-}(aq) \rightarrow AgCl (s)$$

به طور کلی معادله واکنش جابجایی دوگانه به سه صورت مولکولی، کامل یونی و خنثی یونی نوشته می‌شود.

توجه کنید که رسوب صرفا تنها از ترکیب دو واکنش‌دهنده ثابت تشکیل نمی‌شود. به این معنا که ممکن است ترکیب محلول‌های دیگری با هم نیز همان رسوب را به‌وجود بیاورند. در این حالت رنگ رسوب تغییر نمی‌کند زیرا ترکیب رسوب ثابت است. به عنوان مثال، رسوب نقره کلرید را که در واکنش قبلی از ترکیب نقره نیترات و سدیم کلرید بدست آمد می‌توان از ترکیب دو محلول سدیم کلرید و پتاسیم نیترات نیز بدست آورد. دقت داشته باشید که رسوب نقره کلرید همان‌طور که توضیح دادیم همچنان سفیدرنگ خواهد بود.

واکنش تشکیل رسوب نقره کلرید از ترکیب سدیم کلرید و پتاسیم نیترات در زیر آورده شده است.

$$NaCl(aq) + AgNO_{3}(aq) \rightarrow AgCl(s) + NaNo_{3}(aq)$$

واکنش تشکیل ترکیبات مولکولی

بنابراین طبق تصویر فوق می‌توان نتیجه گرفت فرمول کلی مربوط به واکنش اسید و باز به صورت زیر است. 

$$HA+BOHrightarrow BA+H_{2}O$$

$$NaHCO_{3}(aq)+ CH_{3}COOH(aq)\rightarrow CO_{2}(g) +H_{2}O(l) + NaC_{2}H_{3}O_{2}(aq)$$

در این واکنش جای کاتیون‌ها با هم یا جای آنیون‌ها با هم عوض می‌شود و نمک حاصل از این واکنش در آب محلول است. به عبارتی در واکنش فوق جای ($$Na^{+}$$) با ($$H^{+}$$) با هم عوض شده است و نمک سدیم استات محلول در آب با فرمول ($$NaC_{2}H_{3}O_{2}$$) به‌وجود آمده است.

تصویر زیر مربوط به ترکیب جوش شیرین با سرکه است که در اثر واکنش جانشینی دوگانه بین واکنش‌دهنده‌ها کف سفید رنگی تولید می‌شود.

$$BA+H_{2}Orightarrow HA+BOH$$

به طور کلی اسید و بازها به چهار حالت می‌توانند با هم واکنش دهند که عبارتند از:

• حالت اول: واکنش اسید قوی و باز قوی
• حالت دوم: اسید قوی + باز ضعیف
• حالت سوم: اسید ضعیف + باز قوی
• حالت چهارم: اسید ضعیف + باز ضعیف

1. واکنش اسید قوی و باز قوی

زمانی که یک اسید قوی مانند HCl با باز قوی مانند NaOH طبق واکنش زیر با هم ترکیب می‌شوند، نمک سدیم کلرید و آب بوجود می‌آید. در این واکنش اسید و باز همدیگر را خنثی می‌کنند بنابراین pH نهایی محلول برابر ۷ خواهد بود و یون‌هایی که بوجود آمده‌اند دیگر با آب واکنش نمی‌دهند.

$$HCl+NaOH \rightarrow NaCl + H_{2}O$$

۲. واکنش اسید قوی و باز ضعیف

واکنش زیر مربوط به تشکیل نمک در اثر ترکیب یک اسید قوی با باز ضعیف است (واکنش رفت).

$$HCl(aq) + NH_{3}(aq) \rightleftharpoons NH_{4}Cl(aq)$$

واکنش زیر مربوط به مسیر برگشت واکنش فوق است.

$$NH_{4}^+(aq) +H_{2}O(l) \rightleftharpoons NH_{3}(aq) + H_{3}O^+(aq)$$

۳. واکنش اسید ضعیف و باز قوی

زمانی‌که اسید ضعیف (HClO) با باز قوی (NaOH) همانند واکنش زیر با هم ترکیب شوند یک محلول بازی بوجود می‌آورند.

$$HClO+NaOHrightarrow NaClO + H_{2}O$$

همچنین نمک هیدرولیز می‌شود تا اسید را بوجود آورد. بنابراین در اثر هیدرولیز نمک و با تشکیل یون هدروکسید ($$OH^{-}$$) دوباره اسید ضعیف بوجود می‌آید (یعنی واکنش فوق در جهت برگشت رخ می‌دهد).

۴. واکنش اسید ضعیف و باز ضعیف

pH محلولی که در اثر واکنش یک باز و اسید ضعیف به وجود می‌آید بستگی به قدرت اسیدی و بازی واکنش‌دهنده‌ها دارد. به عنوان مثال واکنش زیر را در نظر بگیرید:

 $$HClO + NH_{3}\rightleftharpoons NH_{4}ClO$$

واکنش تشکیل گاز

آخرین نوع از واکنش جانشینی دوگانه واکنشی است که طی جابجایی یون‌ها گاز تشکیل می‌شود. سپس این گاز‌ها به صورت حباب در می‌آیند و وارد هوا می‌شوند. به طور مثال در اثر واکنش سدیم سولفید و هیدروکلریک اسید، فراورده‌های واکنش مطابق واکنش زیر برابر سدیم کلرید و گاز هیدروژن سولفید خواهند بود.

$$Na_{2}S(aq) + 2HCl(aq)\rightarrow 2NaCl(aq) +H_{2}S(g)$$

مثال برای واکنش جانشینی دوگانه

در این قسمت مثال‌هایی از مهم‌ترین واکنش‌های جانشینی دوگانه برای آشنایی بیشتر با این نوع واکنش به همراه تصاویر مربوطه آورده شده است.

رسوب آهن (III) هیدروکسید و آهن (II) هیدروکسید

$$NaOH(aq) + FeCl_3rightarrow Fe(OH)_3(s) +NaCl(aq)$$

حال اگر مراحل بالا را با آهن (II) کلرید انجام دهید همان‌طور که در تصویر زیر مشخص است رنگ رسوب به رنگ سبز تغییر خواهد کرد. واکنش مربوطه در زیر آورده شده است.

$$NaOH(aq) + FeCl_2rightarrow Fe(OH)_2(s) +NaCl(aq)$$

واکنش پتاسیم یدید با سرب نیترات

در این واکنش پتاسیم یدید با سرب نیترات که هر دو پودر جامد سفیدرنگی هستند، با آب محلول بی‌رنگ شفافی را تشکیل می‌دهند. زمانی که محلول سرب (II) نیترات با محلول پتاسیم یدید ترکیب می‌شود طبق واکنش موازنه شده زیر رسوب جامد زردرنگ سرب (II) یدید تشکیل می‌شود.

$$Pb(NO_3)_2(aq) + 2KI(aq) \rightarrow 2KNO_3(aq) + PbI_2(s)$$

 تصویر زیر مربوط به رسوب زردرنگ سرب (II) یدید نامحلول در آب است.

واکنش فلوئوریک اسید با سدیم هیدروکسید

زمانی که اسید فلوئوریک با سدیم هیدروکسید بازی ترکیب می‌شود، آن واکنش از نوع خنثی شدن خواهد بود. بنابراین طی این واکنش همان‌طور که در واکنش زیر نشان داده شده است محلول سدیم فلوئورید و آب به وجود می‌آید.

$$HF(aq) + NaOH(aq) \rightarrow H_2O + NaF(aq)$$

رسوب حاصل از واکنش مس (II) سولفات با سدیم هیدروکسید چه رنگی است ؟

زمانی که محلول شفاف باز قوی سدیم هیدروکسید با محلول آبی‌ روشن مس (II) سولفات واکنش می‌دهد رسوب آبی تیره‌رنگ که مربوط به مس (II) هیدروکسید است طبق واکنش زیر تشکیل می‌شود.

$$NaOH(aq) + CuSO_4(aq) \rightarrow Cu(OH)_2(s) + Na_2SO_4(aq)$$

رسوب آهن کربنات چه رنگی است؟

رسوب آهن (II) کربنات یا ($$FeCO_3$$) جامد نامحلولی است که از واکنش محلول آهن (II) سولفات با سدیم کربنات بوجود می‌آید. طبق واکنش زیر زمانی که دو محلول شفاف محلول آهن (II) سولفات با سدیم کربنات با هم واکنش می‌دهند یک رسوب جامد به رنگ سبز لجنی حاصل می‌شود که همان رسوب آهن (II) کربنات است.

$$Na_2CO_3 (aq) + FeSO_4 (aq) \rightarrow FeCO_3 (s) + Na_2SO_4(aq)$$

البته لازم به ذکر است که این رسوب از واکنش محلول شفاف سدیم کربنات با محلول سبز روشن آهن (II) کلرید نیز می‌تواند به دست آید و رنگ آن همان‌طور که قبلا توضیح دادیم تغییر نخواهد کرد. واکنش ترکیب محلول سدیم کربنات با آهن (II) کلرید در زیر آورده شده است.

$$Na_2CO_3 (aq) + FeCl_2 (aq) \rightarrow FeCO_3 (s) + NaCl(aq)$$

رسوب کبالت کربنات چه رنگی است ؟

همان‌طور که در تصویر زیر نشان داده شده است با اضافه شدن محلول شفاف سدیم کربنات به محلول قرمزرنگ کبالت (II) کلرید، رسوب صورتی‌رنگ کبالت (II) کربنات حاصل می‌شود. واکنش زیر مربوط به تشکیل رسوب کبالت (II) کربنات است.

$$NaCO_3(aq) + COCl_2(aq) \rightarrow COCO_3 (s) + NaCl(aq)$$

سوالات متداول در رابطه با واکنش جابجایی دوگانه

در این قسمت برای این‌که به طور کامل یاد بگیرید واکنش جانشینی دوگانه چیست سوالاتی مرتبط با واکنش جانشینی یا جابجایی دوگانه آورده شده که به آن‌ها پاسخ کامل داده شده است.

فیلم آموزش شیمی‌ تجزیه‌ دستگاهی – مقدماتی در فرادرس

کلیک کنید

واکنش جانشینی دوگانه چیست ؟

واکنش جانشینی دوگانه یا همان واکنش جابجایی دوگانه یکی از انواع واکنش شیمیایی است که در آن دو ترکیب یونی با هم واکنش ‌می‌دهند. طی این واکنش مکان یون‌ها با هم عوض می‌شوند و ترکیبات جدید را بوجود می‌آورند. برای این واکنش، واکنش‌دهنده‌ها حتما باید ترکیبات یونی محلول در آب یا اسید و باز باشند.

انواع واکنش جانشینی دوگانه چیست ؟

واکنش‌های جابجایی دوگانه بر اساس حالت فیزیکی فراورده به سه نوع واکنش‌ رسوبی،‌ خنثی شدن و تشکیل گاز تقسیم می‌شوند.

در واکنش جابجایی دوگانه چه عواملی در تشکیل رسوب نقش دارند؟

یکی از واکنش‌های جابجایی دوگانه،‌ واکنش‌های رسوبی هستند که تشکیل یا عدم تشکیل این رسوب به یک سری عوامل بستگی دارد. این عوامل شامل دما،‌ pH و غلظت ‌یون‌های واکنش‌دهنده‌ها است. همچنین رسوبی که در این حالت تشکیل می‌شود نباید در آب حل شود.

رسوب نقره کلرید چه رنگی است؟

نقره کلرید می‌تواند از چندین ترکیب یونی حاصل شود که در هر حالت رسوب جامد آن سفیدرنگ است و با تغییر ترکیبات یونی رنگ آن تغییر نخواهد کرد.

رنگ رسوب آهن (III) هیدروکسید با آهن (II) هیدروکسید چه تفاوتی دارد؟

اگر آهن (III) کلرید با سدیم هیدروکسید ترکیب شود رسوب (III) هیدروکسید با رنگ قرمز - قهوه‌ای تشکیل خواهد شد. در حالی‌که اگر آهن (III) کلرید با سدیم هیدروکسید واکنش دهد، رسوب آهن (II) هیدروکسید سبزرنگ خواهد بود.