התגובת חילופי כפול בין לבין מלחים הוא השם שניתן לתופעה הכימית המתרחשת בכל פעם שאנו מערבבים שני מלחים שאין להם אותו קטיון או אותו אניון. התוצאה של תגובה זו היא תמיד יצירת שני מלחים חדשים.
א) קריטריונים להתרחשות של תגובת החלפה כפולה בין מלחים
הנוסחה הכללית למלח היא XY, כאשר X (המרכיב הראשון של נוסחת המלח) הוא תמיד הקטיון ו- Y (המרכיב השני של נוסחת המלח) הוא האניון.
אם נערבב במיכל, למשל, תמיסה של נתרן כלורי (NaCl) ופתרון אחר של נתרן יודיד. נתרן (NaI), התגובה להחלפה כפולה לא תתרחש מכיוון שהקטיון (נתרן - Na) הקיים בשני המלחים זהה.
עכשיו אם נערבב באותה מיכל תמיסה של נתרן כלורי (NaCl) ופתרון של אשלגן יודיד (KI), תגובת חילופי כפולה מכיוון שהקטיונים (נתרן - נא ואשלגן - K) והאניונים (כלוריד - Cl ויודיד - I) הקיימים במלחים הם הרבה הבדלים.
ב) קביעת קטיון ומטען אניון של מלח
- למלח ללא אינדקס בנוסחה:
כשאין לנו אינדקס בנוסחה של מלח, לקטיון ולאניון יש ערך מטען זהה, אך עם סימנים מנוגדים. לפיכך, ידיעת המטען של אחד מהם, של האחר תהיה רק הסימן ההפוך.
דוגמה: CaS
מכיוון ש- Ca היא מתכת אדמה אלקליין, יש לה מטען +2, כך ש- S יהיה בעל מטען -2.
- למלח עם אינדקס בנוסחה:
כאשר למלח יש אינדקס בנוסחה (בצד הימני התחתון של קיצור היסוד), באופן אוטומטי אינדקס זה הוא המטען של הקבוצה הנגדית.
דוגמה: CrCl3
בנוסחה יש לנו אינדקס 1 מול Cr ואינדקס 3 מול Cl, כך שהמטען של Cr יהיה +3 (חיובי מכיוון שהקבוצה הראשונה היא הקטיון) והמטען של Cl יהיה -1 (שלילי מכיוון שהקבוצה השנייה היא תמיד ה- אניון).
- למלח עם סוגריים בנוסחה:
כאשר למלח יש אינדקס לפני סוגריים, באופן אוטומטי, אינדקס זה הוא המטען של הקבוצה הנגדית.
דוגמה: אל2(רק4)3
בנוסחה יש לנו אינדקס 2 מול Al ומדד 3 מול SO4כך שהמטען ב- Al יהיה +3 (חיובי מכיוון שהקבוצה הראשונה היא הקטיון) והמטען ב- SO4 יהיה -2 (שלילי מכיוון שהקבוצה השנייה היא תמיד האניון).
ג) עקרון של תגובת חילופי כפולה
התגובה נקראת חילוף כפול מכיוון שיש לנו חילופי שני מרכיבים בין מלחים (XY ו- BA). הקטיון (X) של מלח אחד פועל עם האניון (A) של המלח השני, והקטיון (B) של המלח האחר מתקשר עם האניון (Y) של הראשון, וכתוצאה מכך נוצרים שני מלחים חדשים ( XA ו- BA). אנו יכולים לדמיין בבירור את החלפה הכפולה הזו במשוואה הכללית המייצגת סוג זה של תגובה כימית:
XY + BA → XA + BA
בתערובת בין הפתרונות של נתרן כלורי נוצרו (NaCl) ואשלגן יודיד (KI), נתרן יודיד (NaI) ואשלגן כלורי (KCl), כפי שמוצג במשוואה:
NaCl + KI → NaI + KCI
ד) שינויים חזותיים של תגובת חילופי כפול
לא תמיד כאשר אנו מבצעים תגובת החלפה כפולה, דמיינו שינוי כלשהו בניסוי. בשני תמיסות מלח מימיות חסרות צבע, למשל, כאשר אנו מערבבים את שניהם יחד, אנו יודעים שנוצרו מלחים חדשים, אך התוצאה היא חומר חסר צבע. היעדר שינוי חזותי, אם כן, לא אומר שתגובת החילופי הכפול לא התרחשה.
יהיה לנו שינוי חזותי אם נוצר בתהליך אחד או שניים מלחים שאינם מסיסים כמעט. אם נוצרים רק מלחים מסיסים, יהיה לנו שינוי חזותי רק אם אחד המלחים המומסים משנה את צבע התמיסה. הטבלה שלהלן מספקת מידע על מתי מלח מסיס או מסיס כמעט:
שולחן מסיסות במלח
ה) דוגמאות להרכבת משוואות המייצגות תגובות חילופי כפולות בין מלחים
עכשיו עקוב אחרי כמה דוגמאות להרכבת משוואת תגובות חילופי כפולות בין מלחים:
דוגמה 1: החלפה כפולה בין אשלגן ציאניד (KCN) לבין כלוריד כסף (AgCl)
בתחילה, בואו נדע מה הקטיון והאניון של כל אחד מהמלחים:
1) לגבי KCN: מכיוון שאין אינדקס כתוב בנוסחה, אנו רואים שיש אינדקס 1 מול K ו- CN.
- הקטיון הוא K+1 (+1 כי לכל מתכת אלקלית יש NOX +1);
- האניון הוא CN-1 (-1 מכיוון שכאשר מדדי הנוסחה שווים, לקטיון ולאניון יש מטענים באותו ערך, אך עם סימנים מנוגדים).
2) עבור AgCl: מכיוון שאין לנו אינדקס כתוב בנוסחה, אנו רואים שיש אינדקס 1 מול Ag ו- Cl.
- הקטיון הוא אג+1 (+1 כי Ag תיקן NOX +1);
- האניון הוא Cl-1 (-1 מכיוון שכאשר מדדי הנוסחה שווים, לקטיון ולאניון יש מטענים באותו ערך, אך עם סימנים מנוגדים).
בידיעת היונים, קל להבין שהחלפה הכפולה בין מלחים אלה מתרחשת עם האיחוד של היונים הבאים:
ק+1 עם Cl-1, וכתוצאה מכך מלח KCl לאחר חציית המטענים +1 ו- -1 של היונים. מכיוון שלעומסים אותו מספר (1), אין צורך לכתוב אותו בנוסחה הסופית.
אג+1 עם CN-1, וכתוצאה מכך מלח AgCN לאחר חציית המטענים +1 ו- -1 של היונים.
המשוואה הכימית המאוזנת המייצגת את התגובה הכפולה להחלפה בין מלחים אלה היא:
1 KCN + 1 AgCl → 1 KCl + 1 AgCN
בתגובה זו נוצר לנו מלח מסיס KCl (כלוריד עם מתכת אלקלית) ועוד AgCN מסיס כמעט (ציאניד, כל אניון, ללא מתכת אלקלית או NH4+). לכן, כאשר אנו מסתכלים על הניסוי, נראה מוצק (AgCN) בתחתית המיכל, מכיוון שהוא אינו מתמוסס במים.
דוגמה 2: החלפה כפולה בין סידן פחמתי (CaCO3) ומגנזיום סולפט (MgSO4)
בתחילה, בואו נדע מה הקטיון והאניון של כל אחד מהמלחים:
1) עבור CaCO3: מכיוון שאין לנו אינדקס כתוב בנוסחה, המטען הקיים בקטיון תמיד יש את אותו המספר כמו המטען על האניון.
- הקטיון הוא Ca+2 (+2 מכיוון שלכל מתכת אדמה אלקליין יש את ה- NOX הזה);
- האניון הוא CO3-2 (-2 מכיוון, מכיוון שאין לנו שום אינדקס שנכתב מול Ca, למטען האניון יהיה אותו ערך כמו מטען הקטיון, אך עם הסימון ההפוך).
2) עבור MgSO4: מכיוון שאין לנו אינדקס כתוב בנוסחה, המטען הקיים בקטיון תמיד יש את אותו המספר כמו המטען על האניון.
- הקטיון הוא מג+2 (+2 מכיוון שלכל מתכת אדמה אלקליין יש את ה- NOX הזה);
- האניון הוא מערכת ההפעלה4-2 (-2 מכיוון שכיוון שאין לנו שום אינדקס שנכתב מול Mg, לחיוב האניון יהיה אותו ערך כמו מטען הקטיון, אך עם הסימון ההפוך).
לדעת את היונים, קל להבין זאת ההחלפה הכפולה בין המלחים הללו מתרחשת עם איחוד היונים הבאים:
פה+2 עם מערכת הפעלה4-2, וכתוצאה מכך מלח CaSO, לאחר חציית המטענים +2 ו- -2 של היונים.
מ"ג+2 עם CO3-2, וכתוצאה מכך מלח MgCO3 לאחר חציית המטענים +2 ו- -2 של היונים.
המשוואה הכימית המאוזנת המייצגת את התגובה הכפולה להחלפה בין מלחים אלה היא:
1 CaCO3 + 1 MgSO4 → מקרה 14 + 1 MgCO3
בתגובה זו יש לנו היווצרות של שני מלחים שאינם מסיסים כמעט: ה- CaSO4 (סולפט מתכת אלקליין אלקליין) ו- MgCO3 (פחמתי, ללא מתכת אלקלית או NH4+). לכן, כאשר נסתכל על הניסוי, נראה שני מוצקים (CaSO4 ו- MgCO3) בתחתית המיכל, מכיוון שהם אינם מתמוססים במים.
דוגמה 3: מעבר כפול בין נתרן חנקתי (NaNO3) ואשלגן דיכרומט (K2Cr2או7)
בתחילה, בואו נדע מה הקטיון והאניון של כל אחד מהמלחים:
1) עבור NaNO3: מכיוון שאין לנו אינדקס כתוב בנוסחה, אנו רואים שיש אינדקס 1 מול Na ו- NO.3.
- הקטיון הוא Na+1 (+1 כי לכל מתכת אלקלית יש NOX +1);
- האניון הוא NO3-1 (-1 מכיוון שכאשר מדדי הנוסחה שווים, לקטיון ולאניון יש מטענים באותו ערך, אך עם סימנים מנוגדים).
2) אל ק2Cr2או7
- הקטיון הוא K+1 (+1 כי לכל מתכת אלקלית יש NOX +1);
- האניון הוא Cr2או7 -2 (-2 עבור אינדקס 2 ב- K).
לדעת את היונים, קל להבין כי החלפה כפולה בין מלחים אלה מתרחשת עם איחוד היונים הבאים:
בְּ+1 עם Cr2או7 -2, וכתוצאה מכך מלח Na2Cr2או7 לאחר חציית המטענים +1 ו- -2 של היונים.
ק+1 ללא3-1, וכתוצאה מכך מלח ה- KNO3 לאחר חציית המטענים +1 ו- -1 של היונים.
ה משוואה כימית מאוזנת המייצגת את תגובת החלפה הכפולה בין מלחים אלה é:
2 NaNO3 + 1K2Cr2או7 → 1 ב2Cr2או7 + 2 KNO3
בתגובה זו, נוצר לנו שני מלחים מסיסים: Na2Cr2או7 (דיכרומט, כל אניון, עם מתכת אלקלית) ו- KNO3 (חנקתי, שתמיד מסיס). לכן, כשבוחנים את הניסוי, לא נראה שום מוצק בתחתיתו, אך תלוי במלח שמתמוסס, יכול להיות שיש שינוי בצבע הפתרון (לא המקרה בדוגמה).
דוגמה 4: החלפה כפולה בין ניטריט זהב III [Au (NO2)3] ואבץ אצטט [Zn (H3Ç2או2)2]
בתחילה, בואו נדע מה הקטיון והאניון של כל אחד מהמלחים:
1) עבור Au (NO2)3
- הקטיון הוא Au+3 (+3 בגלל אינדקס 3 אחרי NO סוגריים2);
- האניון הוא NO2-1 (-1 בגלל אינדקס 1 באו).
2) עבור זן (ח3Ç2או2)2
- הקטיון הוא Zn+2 (+2 בגלל 2 אחרי סוגריים האניון);
- האניון הוא ה- H3Ç2או2-1 (-1 בגלל אינדקס 1 ב- Zn).
לדעת את היונים, קל להבין זאת ההחלפה הכפולה בין המלחים הללו מתרחשת עם איחוד היונים הבאים:
או+3 עם ח3Ç2או2-1, וכתוצאה מכך המלח Au (H3Ç2או2)3 לאחר חציית המטענים +2 ו- -1 של היונים;
Zn+2 ללא2-1, וכתוצאה מכך מלח ה- Zn (NO2)2 לאחר חציית המטענים +2 ו- -1 של היונים.
המשוואה הכימית המאוזנת המייצגת את התגובה הכפולה להחלפה בין מלחים אלה היא:
2 Au (NO2)3 + 3 Zn (H3Ç2או2)2 → 2 Au (H3Ç2או2)3 + 3 Zn (NO2)2
בתגובה זו יש לנו מלח שאינו מסיס כמעט, Au (H3Ç2או2)3 (אצטט, כל אניון, ללא מתכת אלקלית או NH4+), ומסיס נוסף, Zn (NO2)2 (ניטריט, שתמיד מסיס). לכן, כשבוחנים את הניסוי, נראה מוצק בתחתית המכולה.
על ידי. דיוגו לופס דיאס
מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-dupla-troca-entre-sais.htm