11.9: Reacciones de Reemplazo Doble

Figura\(\PageIndex{1}\) (Crédito: F. S. Church, publicado en Harper's Weekly, 17 de enero de 1874, p. 61; Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Barter-Chickens_for_Subscription.jpg(opens en nueva ventana); Licencia: Dominio público)

¿Quieres comerciar?

La práctica del trueque (comerciar una cosa por otra) existe desde hace mucho tiempo. En la ilustración anterior, artículos como pollos fueron canjeados por periódicos. Tienes algo que yo quiero, y yo tengo algo que tú quieres. Entonces comerciamos y cada uno tenemos algo nuevo. Algunas reacciones químicas son así. Los compuestos intercambian piezas y tienes nuevos materiales.

Reacciones de doble reemplazo

Una reacción de doble reemplazo es una reacción en la que los iones positivos y negativos de dos compuestos iónicos intercambian lugares para formar dos nuevos compuestos. La forma general de una reacción de doble reemplazo (también llamada doble desplazamiento) es:

\[\ce{AB} + \ce{CD} \rightarrow \ce{AD} + \ce{CB}\nonumber \]

En esta reacción,\(\ce{A}\) y\(\ce{C}\) son cationes cargados positivamente, mientras que\(\ce{B}\) y\(\ce{D}\) son aniones cargados negativamente. Las reacciones de doble reemplazo generalmente ocurren entre sustancias en solución acuosa. Para que ocurra una reacción, uno de los productos suele ser un precipitado sólido, un gas o un compuesto molecular como el agua.

Formación de un precipitado

Se forma un precipitado en una reacción de doble reemplazo cuando los cationes de uno de los reactivos se combinan con los aniones del otro reactivo para formar un compuesto iónico insoluble. Cuando se mezclan soluciones acuosas de yoduro de potasio y nitrato de plomo (II), se produce la siguiente reacción:

\[2 \ce{KI} \left( aq \right) + \ce{Pb(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{KNO_3} \left( aq \right) + \ce{PbI_2} \left( s \right)\nonumber \]

Hay fuerzas atractivas muy fuertes que ocurren entre\(\ce{Pb^{2+}}\) e\(\ce{I^-}\) iones y el resultado es un precipitado amarillo brillante (ver figura abajo). El otro producto de la reacción, el nitrato de potasio, permanece soluble.

Figura\(\PageIndex{2}\): Formación de precipitado de yoduro de plomo. (Crédito: Paige Powers - “Lead Iodide”; Fuente: https://www.flickr.com/photos/44200742@N07/5533819494(opens en nueva ventana); Licencia: CC-BY 2.0)

Formación de un Gas

Algunas reacciones de doble reemplazo producen un producto gaseoso que luego burbujea fuera de la solución y escapa al aire. Cuando se mezclan soluciones de sulfuro de sodio y ácido clorhídrico, los productos de la reacción son cloruro de sodio acuoso y gas sulfuro de hidrógeno.

\[\ce{Na_2S} \left( aq \right) + 2 \ce{HCl} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{NaCl} \left( aq \right) + \ce{H_2S} \left( g \right)\nonumber \]

Formación de un Compuesto Molecular

Otro tipo de reacción de doble reemplazo es aquella que produce un compuesto molecular como uno de sus productos. Muchos ejemplos en esta categoría son las reacciones que producen agua. Cuando el ácido clorhídrico acuoso se hace reaccionar con hidróxido de sodio acuoso, los productos son cloruro de sodio acuoso y agua:

\[\ce{HCl} \left( aq \right) + \ce{NaOH} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NaCl} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Double-Replacement Reactions

Escriba una ecuación química completa y equilibrada para las siguientes reacciones de doble reemplazo. Un producto se indica como guía.

1. \(\ce{NaCN} \left( aq \right) + \ce{HBr} \left( aq \right) \rightarrow\)(Se forma gas cianuro de hidrógeno)
2. \(\ce{(NH_4)_2SO_4} \left( aq \right) + \ce{Ba(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow\)(se forma un precipitado de sulfato de bario)

Solución

Paso 1: Planear el problema.

En A, la producción de un gas impulsa la reacción. En B, la producción de un precipitado impulsa la reacción. En ambos casos, utilizar las cargas iónicas de ambos reactivos para construir las fórmulas correctas de los productos.

Paso 2: Resolver.

A. Los cationes de ambos reactivos son iones\(+1\) cargados, mientras que los aniones son iones\(-1\) cargados. Después de intercambiar socios, la ecuación equilibrada es:

\[\ce{NaCN} \left( aq \right) + \ce{HBr} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NaBr} \left( aq \right) + \ce{HCN} \left( g \right)\nonumber \]

B. El ion amonio y el ion nitrato son\(1+\) y\(1-\) respectivamente, mientras que el bario y el sulfato son\(2+\) y\(2-\). Esto debe tenerse en cuenta a la hora de intercambiar socios y escribir las nuevas fórmulas. Entonces, la ecuación se equilibra.

\[\ce{(NH_4)_2SO_4} \left( aq \right) + \ce{Ba(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{NH_4NO_3} \left( aq \right) + \ce{BaSO_4} \left( s \right)\nonumber \]

Paso 3: Piensa en tu resultado.

Ambas son reacciones de reemplazo doble. Todas las fórmulas son correctas y las ecuaciones están equilibradas.

Ocasionalmente, una reacción producirá tanto un gas como un compuesto molecular. La reacción de una solución de carbonato de sodio con ácido clorhídrico produce cloruro de sodio acuoso, dióxido de carbono gaseoso y agua.

\[\ce{Na_2CO_3} \left( aq \right) + 2 \ce{HCl} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{NaCl} \left( aq \right) + \ce{CO_2} \left( g \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

Resumen

• La reacción de doble reemplazo generalmente toma la forma de AB + CD → AD + CB donde A y C son cationes cargados positivamente, mientras que B y D son aniones cargados negativamente.
• En una reacción de reemplazo doble, típicamente uno de los productos es un precipitado, un gas o un compuesto molecular.

Revisar

1. En una reacción de doble reemplazo, ¿qué tipo de compuestos suelen ser los reactivos? Se produce una reacción de doble reemplazo entre sulfuro de sodio y cloruro de hidrógeno. Escribe el resto de la ecuación química y equilibra la misma.
2. Na ₂ S + HCl →
3. En la reacción de doble reemplazo, generalmente se forma uno de los tres posibles tipos de productos. ¿Cuáles son los tres tipos?