Փոխանակման ռեակցիաներ

Փոխանակման ռեակցիաները (անվանում են նաև կրկնակի փոխարինման, կրկնակի տեղակալման կամ մետաթեզի ռեակցիաներ) ընթանում են, երբ երկու իոնային միացությունների բաղադրիչ մասերը փոխանակվում են մեկը մյուսով՝ առաջացնելով երկու նոր միացություն։ Փոխանակման ռեակցիայի ընդհանուր պատկերն ունի հետևյալ տեսքը.

Այս ռեակցիան կարող եք դիտարկել՝ որպես մեկական կատիոնի կամ անիոնի փոխանակում, սակայն ոչ երկուսի միաժամանակ, քանի որ այդ դեպքում որպես արդյունք կստանաք այն նյութերը, որոնք վերցրել էիք որպես ելանյութեր։ Փոխանակման ռեակցիաներում լուծիչը սովորաբար ջուրն է, իսկ ելանյութերն ու վերջանյութերը սովորաբար իոնային միացություններ են, սակայն կարող են լինել նաև թթուներ կամ հիմքեր։

Ահա փոխանակման ռեակցիայի օրինակ․

Այս օրինակում կատիոններն են $\greenD{\text{Ba}^{2+}}$start color #1fab54, start text, B, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, end color #1fab54-ը և $\maroonD{\text{Na}^+}$start color #ca337c, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #ca337c-ը, իսկ անիոնները՝ $\greenD{\text{Cl}^-}$start color #1fab54, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #1fab54-ը և $\maroonD{\text{SO}_4^{2-}}$start color #ca337c, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, end color #ca337c-ը։ Եթե փոխանակենք անիոնները կամ կատիոնները, ապա կստանանք մեր վերջանյութերը՝ $\text{BaSO}_4$start text, B, a, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript և $\text{NaCl}$start text, N, a, C, l, end text.

Փոխանակման ռեակցիաների բացահայտումը սովորաբար շատ հեշտ է, երբ կարողանում եք ճանաչել օրինաչափությունները։ Ավելի շփոթեցնող է հասկանալը, թե արդյոք ռեակցիան տեղի կունենա, թե ոչ։ Դա կարող է մեզ օգնել տարբերակել փոխանակման ռեակցիաների մի քանի տարածված տեսակ։ Այս հոդվածում կքննարկենք նստվածքագոյացման և չեզոքացման ռեակցիաները։

Նստվածքագոյացման ռեակցիայի ժամանակ երկու ջրալույծ իոնային միացությունների փոխազդեցությունից առաջացնում է նոր իոնային միացություն, որը ջրում լուծելի չէ։ Որպես օրինակ կարող ենք դիտարկել կապարի (II) նիտրատի և կալիումի յոդիդի միջև ընթացող ռեակցիան։ Երկու միացություններն էլ սպիտակ պինդ նյութեր են, որոնք կարող են լուծվել ջրում՝ առաջացնելով պարզ, անգույն լուծույթներ։ Այդ երկու անգույն լուծույթները միմյանց խառնելիս կստանանք հետևյալ ռեակցիան․

Երկու անգույն, պարզ լուծույթներից ստացել ենք գեղեցիկ, ոսկեգույն պինդ նյութ։ Իրական կյանքում ռեակցիոն անոթը մոտավորապես կունենա այսպիսի տեսք․

Առաջացած վերջանյութն անլուծելի պինդ միացություն է, որը կոչվում է նստվածք։ Ռեակցիայի լուծիչն ու լուծված նյութերը կոչվում են վերնստվածքային լուծույթ կամ սուպերնատանտ։ Որպեսզի կանխատեսենք, թե արդյոք նստվածքագոյացման ռեակցիա տեղի կունենա թե ոչ, կարող ենք օգտագործել լուծելիության կանոնները։ Պինդ նստվածքի առաջացումն այն շարժիչ ուժն է, որը <<ստիպում>> է ռեակցիային ընթանալ ուղիղ։

*Չեզոքացման ռեակցիաները փոխանակման ռեակցիաների տեսակ են, որոնք տեղի են ունենում թթվի և հիմքի միջև։ Հետևյալ ռեակցիան չեզոքացման ռեակցիայի օրինակ է․

Ջրային լուծույթում ընթացող չեզոքացման ռեակցիայի արդյունքում հիմնականում առաջանում են ջուր և նոր իոնային միացություն, որն անվանում ենք աղ: Չեզոքացման ռեակցիայի բացահայտման մեջ ամենադժվարը ելանյութերում առկա հիմքն ու թթուն ճանաչելն է։ Չեզոքացման ռեակցիան բացահայտելուց հետո կարող ես կանխատեսել, որ կընթանա ուղիղ ռեակցիա, քանի դեռ ելանյութերում առկա են ուժեղ հիմք և/կամ ուժեղ թթու։

Զվարճալի չեզոքացման ռեակցիաներից մեկը, որը դու հավանաբար փորձել ես, տեղի է ունենում կերակրի սոդայի՝ նատրիումի բիկարբոնատի, $\text{NaHCO}_3$start text, N, a, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, և քացախի (մեծամասամբ ջրի և քացախաթթվի խառնուրդ է), $\text {CH}_3 \text{COOH} (լ-թ)$start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, H, end text, left parenthesis, լ, minus, թ, right parenthesis խառնման հետևանքով, որի արդյունքում առաջանում է ածխաթթու՝ $\text {H}_2 \text{CO}_3$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript և նատրիումի ացետատ՝ $\text{CH}_3 \text{COONa}$start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, N, a, end text։ Եթե երբևիցե տանը փորձել ես իրականացնել այս ռեակցիան, ապա հավանաբար կհիշես թշշոցը, որն առաջանում է, քանի որ չեզոքացման ռեակցիան ուղեկցվում է գազանջատումով, որտեղ ածխաթթուն քայքայվում է ածխածնի երկօքսիդ գազի՝ տեսնում ենք պղպջակների տեսքով և ջրի։

Հիշիր, որ փոխանակման ռեակցիաները կարող են գրվել մոլեկուլային, լրիվ իոնային կամ կրճատ իոնային հավասարումների տեսքով։ Այս հոդվածում կգրենք միայն մոլեկուլային հավասարումը, բայց դու հավանաբար կցանկանաս ծանոթանալ նաև հավասարումների գրելաձևի մյուս տեսակներին ևս։

Եկեք դիտարկենք մի օրինակ, որտեղ չգիտենք, թե որոնք են առաջացող վերջանյութերը․

Սկզբում կարող ենք որոշել այն անիոններն ու կատիոնները, որոնք պետք է փոխանակվեն։ Կատիոններն են $\text{H}^+$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript-ը և $\text{Ba}^{2+}$start text, B, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript-ը, իսկ անիոնները՝ $\text{SO}_4^{2-}$start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript-ը և $\text{OH}^-$start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript-ը։ Անիոնների փոխանակումից կստանանք $\text{H}_2 \text O$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text և $\text{BaSO}_4$start text, B, a, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript վերջանյութերը:

Կարող ենք նկատել, որ մեր փոխանակման ռեակցիան նաև չեզոքացման ռեակցիա է, քանի որ ծծմբական թթուն (ուժեղ թթու), փոխազդում է բարիումի հիդրոքսիդի (ուժեղ հիմք) հետ։ Ի՞նչ վիճակում է գտնվում բարիումի սուլֆատը։ Եթե ստուգենք լուծելիության կանոնները, ապա կտեսնենք, որ բարիումի սուլֆատն անլուծելի է և պետք է առաջանա նստվածքի տեսքով։ Նշանակում է, որ մեր ռեակցիան նաև նստվածքագոյացման ռեակցիա է։ Դա կարող ենք ընդգրկել մեր ռեակցիայում՝ $\text{BaSO}_4$start text, B, a, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript-ից հետո տեղադրելով $\blueD{(պ)}$start color #11accd, left parenthesis, պ, right parenthesis, end color #11accd նշանը:

Բայց մենք դեռ լիովին չենք ավարտել։ Մեր ռեակցիան հավասարեցված չէ, քանի դեռ սլաքի երկու կողմերում ունենք անհավասար թվով ջրածնի և թթվածնի ատոմներ։ Դա կարող ենք ուղղել $\text{H}_2 \text O$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text-ի մոտ գրելով $\redD{2}$start color #e84d39, 2, end color #e84d39 գործակիցը՝ վերջնական հավասարեցված մոլեկուլային հավասարումը ստանալու համար․

Փոխանակման ռեակցիաներում առկա են երկու իոնային միացություններ, որոնք փոխանակում են անիոնները կամ կատիոնները։ Նստվածքագոյացման և չեզոքացման ռեակցիաները փոխանակման ռեակցիաների երկու տարածված տեսակներն են։ Նստվածքագոյացման ռեակցիայի ժամանակ ջրում լուծված երկու ելանյութերից ստացվում է չլուծվող վերջանյութ, և դու կարող ես բացահայտել նստվածքագոյացման ռեակցիան՝ լուծելիության կանոնների միջոցով։ Չեզոքացման ռեակցիաներն ընթանում են թթվի և հիմքի միջև, և դրանց համար սովորաբար ավելի նպաստավոր է, երբ ելանյութերում առկա է ուժեղ հիմք և/կամ ուժեղ թթու։