Reação de dupla substituição: tipos e exemplos - Ciência - 2023

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o reação de dupla substituição, duplo deslocamento ou metátese, é aquele em que ocorre uma dupla troca de íons entre dois compostos, sem que nenhum deles seja oxidado ou reduzido. É uma das reações químicas mais elementares.

As novas ligações são formadas pelas grandes forças de atração eletrostáticas entre os íons. Da mesma forma, a reação favorece a formação das espécies mais estáveis, como a molécula de água, principalmente. A imagem abaixo ilustra a equação química geral para a reação de dupla substituição.

Os compostos iniciais AX e BY reagem trocando "seus parceiros" e assim formam dois novos compostos: AY e BX. Esta reação ocorre se e somente se A e Y são mais relacionados do que A e B, ou se as ligações BX são mais estáveis do que aquelas de BY. Como a reação é uma simples troca iônica, nenhum íon ganha ou perde elétrons (reação redox).

Assim, se A for um cátion com carga +1 no composto AX, ele terá a mesma carga +1 no composto AY. O mesmo vale para o resto das "cartas". Este tipo de reação é o suporte de reações ácido-base e formação de precipitados.

Tipos

Neutralização

Um ácido forte reage com uma base forte para produzir sais solúveis e água. Quando um dos dois - o ácido ou a base - é fraco, o sal produzido não está completamente ionizado; isto é, em um meio aquoso capaz de hidrólise. Da mesma forma, o ácido ou base pode ser neutralizado com um sal.

O acima pode novamente ser representado pela equação química com as letras AXBY. No entanto, como a acidez de Brønsted é indicada apenas por íons H⁺ e OH^–, eles passam a representar as letras A e Y:

HX + BOH => HOH + BX

Esta equação química corresponde à neutralização, que é simplesmente a reação entre um ácido HX e uma base BOH para produzir HOH (H₂O) e o sal BX, que pode ou não ser solúvel em água.

Seu esqueleto pode variar de acordo com os coeficientes estequiométricos ou com a natureza do ácido (se é orgânico ou inorgânico).

Precipitação

Nesse tipo de reação, um dos produtos é insolúvel no meio, geralmente aquoso, e precipita (o sólido sedimenta do restante da solução).

O esquema é o seguinte: dois compostos solúveis, AX e BY, são misturados e um dos produtos, AY ou BX, precipita, o que dependerá das regras de solubilidade:

AX + BY => AY (s) + BX

AX + BY => AY + BX (s)

No caso de AY e BX serem insolúveis em água, o par de íons que apresenta as interações eletrostáticas mais fortes se precipitará, o que pode ser refletido quantitativamente em seus valores de constantes de solubilidade (Kps).

No entanto, na maioria das reações de precipitação, um sal é solúvel e o outro precipita. Ambas as reações - neutralização e precipitação - podem ocorrer na mesma mistura de substâncias.

Exemplos

Exemplo 1

HCl (aq) + NaOH (aq) => H₂O (l) + NaCl (aq)

Que tipo de reação é essa? O ácido clorídrico reage com o hidróxido de sódio, gerando como consequência água e cloreto de sódio. Como o NaCl é muito solúvel em meio aquoso e também se formou uma molécula de água, a reação do Exemplo 1 é de neutralização.

Exemplo 2

Carimbo₃)₂(ac) + Na₂S (ac) => CuS (s) + 2NaNO₃(ac)

Nem o íon H está presente nesta reação⁺ nem o OH^–, e a molécula de água também não é observada no lado direito da equação química.

O nitrato de cobre (II), ou nitrato cúprico, troca íons com sulfeto de sódio. O sulfeto de cobre é insolúvel, precipitando ao contrário do nitrato de sódio, um sal solúvel.

A solução de Cu (NO₃)₂ é azulado, enquanto Na₂S é amarelado. Quando ambos são misturados, as cores desaparecem e o CuS precipita, que é um sólido enegrecido.

Exemplo 3

CH₃COOH (aq) + NaOH (aq) => CH₃COONa (ac) + H₂O (l)

Novamente, esta é outra reação de neutralização. O ácido acético reage com o hidróxido de sódio para formar o sal de acetato de sódio e uma molécula de água.

Ao contrário do exemplo 1, o acetato de sódio não é um sal totalmente ionizado, uma vez que o ânion é hidrolisado:

CH₃COO^–(ac) + H₂O (l) <=> CH₃COOH (aq) + OH^–(ac)

Exemplo 4

2HI (ac) + CaCO₃(s) => H₂CO₃(ac) + CaI₂(ac)

Nessa reação - que embora não pareça ser uma neutralização - o ácido iodídrico reage completamente com o calcário para gerar ácido carbônico e iodeto de cálcio. Além disso, a evolução do calor (reação exotérmica) decompõe o ácido carbônico em dióxido de carbono e água:

H₂CO₃(ac) => CO₂(g) + H₂O (l)

A reação geral é a seguinte:

2HI (ac) + CaCO₃(s) => CO₂(g) + H₂O (l) + CaI₂(ac)

Além disso, o carbonato de cálcio, o sal básico, neutraliza o ácido iodídrico.

Exemplo 5

AgNO₃(aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO₃(ac)

O nitrato de prata troca íons pelo cloreto de sódio, formando o sal insolúvel cloreto de prata (precipitado esbranquiçado) e nitrato de sódio.

Exemplo 6

2h₃PO₄(ac) + 3Ca (OH)₂(ac) => 6H₂O (l) + Ca₃(PO₄)₂(s)

O ácido fosfórico é neutralizado pelo hidróxido de cálcio, formando conseqüentemente o sal insolúvel de fosfato de cálcio e seis moles de moléculas de água.

Este é um exemplo de reação de dupla substituição de ambos os tipos: a neutralização do ácido e a precipitação de um sal insolúvel.

Exemplo 7

K₂S (ac) + MgSO₄(ac) => K₂SW₄(ac) + MgS (s)

O sulfeto de potássio reage com o sulfato de magnésio, reunindo os íons S em solução^2– e Mg²⁺ para formar o sal insolúvel de sulfeto de magnésio e o sal solúvel de sulfato de potássio.

Exemplo 8

N / D₂S (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H₂S (g)

O sulfeto de sódio neutraliza o ácido clorídrico, gerando cloreto de sódio e sulfeto de hidrogênio.

Nessa reação, não se forma água (ao contrário das neutralizações mais comuns), mas sim a molécula não eletrolítica de sulfeto de hidrogênio, cujo cheiro de ovo podre é muito desagradável. O H₂S escapa da solução na forma gasosa e o resto da espécie permanece dissolvido.

Referências

Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning, p 150-155.
Quimicas.net (2018). Exemplos de reação de dupla substituição. Obtido em 28 de maio de 2018, em: quimicas.net
Reações de metátese. Recuperado em 28 de maio de 2018, em: science.uwaterloo.ca
Khan Academy. (2018). Reações de dupla substituição. Obtido em 28 de maio de 2018, em: khanacademy.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 de maio de 2016). Definição de reação de dupla substituição. Obtido em 28 de maio de 2018, em: Thoughtco.com