Enkelförskjutningsreaktion

Extern video
Extern video
	Reaktion av kalium och vatten , 2011
	Reaktion av magnesium och vatten , 2011

Extern video
Extern video
	CuCl 2 och järn del 2 , 2011
	Reaktion av CuCl 2 med Al , 2011
	kopparsulfat och järn: del 1 , 2011

En enkelförskjutningsreaktion , även känd som enkelersättningsreaktion eller utbytesreaktion , är en kemisk reaktion där ett element ersätts av ett annat i en förening.

Det kan representeras generellt som:

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

var heller

${\ce {A}}$ och ${\ce {B}}$ är olika metaller (eller vilket element som helst som bildar katjon som väte) och ${\ce {C}}$ är en anjon ; eller

${\ce {A}}$ och ${\ce {B}}$ är halogener och ${\ce {C}}$ är en katjon .

Detta inträffar oftast om ${\ce {A}}$ är mer reaktiv än ${\displaystyle {\ce {B}}} ,$ vilket ger en mer stabil produkt. Reaktionen är i så fall exergonisk och spontan.

I det första fallet, när ${\ce {A}}$ och ${\ce {B}}$ är metaller, ${\ce {BC}}$ och ${\ displaystyle {\ce {AC}}}$ är vanligtvis vattenhaltiga föreningar (eller mycket sällan i smält tillstånd) och ${\ce {C}}$ är en åskådarjon (dvs. förblir oförändrad).

{\ce { A(s) + \underbrace{B+(aq) + C^{-}(aq)}_{BC(aq)}-> \underbrace{A+(aq) + C^{-}(aq)}_{ AC(aq)}+ B(s)}}

När en koppartråd doppas i en silvernitratlösning, tränger koppar undan silver, vilket gör lösningen blå och fast silver fälls ut ("silverträd"): Cu + AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + Ag↓

NCSSM-video om singelförskjutningsreaktion

Bildning av tennkristaller när zink tränger undan tenn, sedd i mikroskop.

I reaktivitetsserien listas först metallerna med högst benägenhet att donera sina elektroner för att reagera, följt av mindre reaktiva. Därför kan en metall högre upp på listan förskjuta vad som helst under den. Här är en komprimerad version av detsamma:

{\ce {K}}>{\ce {Na}}>{\ce {Ca}}>{\ce {Mg}}>{\ce {Al}}>{\color {grå}{\ce {C}}}>{\ce {Zn}}>{\ce {Fe} }>{\color {grå}{\ce {NH4^+}}}>{\color {grå}{\ce {H+}}}>{\ce {Cu}}>{\ce {Ag}}> {\ce {Au}}

(Väte, kol och ammonium — märkta med grått — är inte metaller.)

På liknande sätt är halogenerna med högst benägenhet att förvärva elektroner de mest reaktiva. Aktivitetsserien för halogener är:

{\ce {F2>Cl2>Br2>I2}}

På grund av det fria tillståndskaraktären hos ${\ce {A}}$ och ${\ce {B}}$ är enstaka förskjutningsreaktioner också redoxreaktioner , som involverar överföring av elektroner från en reaktant till annan. När ${\ce {A}}$ och ${\ce {B}}$ är metaller, oxideras alltid ${\displaystyle {\ce {A}}} och$ ${ \ce {B}}$ reduceras alltid. Eftersom halogener föredrar att få elektroner reduceras ${\displaystyle {\ce {A}}} (från$ ${\ce {0}}$ till ${\ce {-1}}$ ) och ${\ce {B}}$ oxideras (från ${\ce {-1}}$ till ${\ce {0}}$ ).

Katjonersättning

Här ersätter en katjon en annan:

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

(Element A har ersatt B i förening BC för att bli en ny förening AC och det fria elementet B.)

Några exempel är:

{\ce {Fe + CuSO4 -> FeSO4 + Cu(v)}}

(Blå vitriol) ____ (Grön vitriol)

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

(Blåvitriol) ___ (Vitvitriol)

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

(Grön vitriol) (Vit vitriol)

Dessa reaktioner är exoterma och temperaturökningen är vanligtvis i storleksordningen av de olika metallernas reaktivitet.

Om reaktanten i elementär form inte är den mer reaktiva metallen kommer ingen reaktion att inträffa. Några exempel på detta skulle vara det omvända.

{\ce {Fe + ZnSO4 ->}}

Ingen reaktion

Anjonersättning

Här ersätter en anjon en annan:

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

(Element A har ersatt B i föreningen CB för att bilda en ny förening CA och det fria elementet B.)

Några exempel är: ${\ce {Cl2 + 2NaBr -> 2NaCl + Br2(v)}}$ ${\ce {Br2 + 2KI -> 2KBr + I2(v)}}$ ${\ce {Cl2 + H2S -> 2HCl + S(v) }}$

Återigen, den mindre reaktiva halogenen kan inte ersätta den mer reaktiva halogenen:

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

ingen reaktion

Vanliga reaktioner

Metall-syra reaktion

Metaller reagerar med syror och bildar salter och vätgas.

Frigöring av vätgas när zink reagerar med saltsyra.

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

Men mindre reaktiva metaller kan inte ersätta vätet från syror. (De kan dock reagera med oxiderande syror.)

{\ce {Cu + HCl ->}}

Ingen reaktion

Reaktion mellan metall och vatten

Metaller reagerar med vatten och bildar metalloxider och vätgas. Metalloxiderna löses vidare i vatten för att bilda alkalier.

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

{\ce {Ca(s) + 2H2O (l) -> Ca(OH)2(aq) + H2 ^}}

Explosiv reaktion av natrium i vatten, krossar glaskärlet.

Reaktionen kan vara extremt våldsam med alkalimetaller eftersom vätgasen tar eld.

Metaller som guld och silver, som ligger under väte i reaktivitetsserien, reagerar inte med vatten.

Metallutvinning

Koks eller mer reaktiva metaller används för att reducera metaller med kol från deras metalloxider, såsom i den karbotermiska reaktionen av zinkoxid (zincit) för att producera zinkmetall :

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

och användningen av aluminium för att framställa mangan från mangandioxid :

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

Även för reaktioner som går i motsatt riktning av deras inneboende reaktivitet, kan förskjutning drivas till att inträffa, som i Acheson-processen för att ersätta kisel från kiseldioxid med hjälp av kol :

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

Termitreaktion

Att använda mycket reaktiva metaller som reduktionsmedel leder till exoterma reaktioner som smälter den producerade metallen. Detta används för att svetsa järnvägsspår.

Termitreaktion pågår för en järnvägssvetsning: Kort efter detta rinner det flytande järnet in i formen runt rälsgapet

{\ce {Fe2O3(s) + 2 Al(s) -> 2 Fe(l) ) + Al2O3(s)}}

a (hematit)

{\ce {3CuO + 2Al -> 3Cu + Al2O3}}

Silverfärgad

Ett fläckat silvermynt

Silver mattas på grund av närvaron av svavelväte , vilket leder till bildning av silversulfid .

{\ce {4Ag + 2H2S + O2 -> 2Ag2S + 2H2O}}

{\ce {3Ag2S + 2Al -> 6Ag + Al2S3}}

Extraktion av halogener

Klor tillverkas industriellt genom diakonens process . Reaktionen äger rum vid cirka 400 till 450 °C i närvaro av en mängd olika katalysatorer såsom ${\ce {CuCl2}}$ .