Reacciones de doble desplazamiento

Las reacciones de desplazamiento doble —también llamadas de sustitución doble, de intercambio o reacciones de metátesis— suceden cuando las partes de dos compuestos iónicos se intercambian, produciendo dos compuestos nuevos. El patrón general de las reacciones de desplazamiento doble se ve así:

Puedes pensar en estas reacciones como que se intercambian los cationes o los aniones, pero no los dos al mismo tiempo porque, si no, terminarías con las mismas sustancias que tenías cuando empezaste. El solvente de las reacciones de desplazamiento doble casi siempre es agua y los reactivos y productos normalmente son compuestos iónicos, aunque también pueden ser ácidos o bases.

Aquí tenemos un ejemplo de una reacción de desplazamiento doble:

En este ejemplo, los cationes son $\greenD{\text{Ba}^{2+}}$start color #1fab54, start text, B, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, end color #1fab54 y $\maroonD{\text{Na}^+}$start color #ca337c, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #ca337c y los aniones son $\greenD{\text{Cl}^-}$start color #1fab54, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #1fab54 y $\maroonD{\text{SO}_4^{2-}}$start color #ca337c, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, end color #ca337c. Si intercambiamos los aniones, o los cationes, obtenemos como productos $\text{BaSO}_4$start text, B, a, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript y $\text{NaCl}$start text, N, a, C, l, end text.

Lograr identificar las reacciones de desplazamiento doble suele ser cosa sencilla una vez que logras reconocer el patrón. Es más difícil, sin embargo, predecir si la reacción va a ocurrir; lo que puede ayudar es reconocer algunos tipos comunes de reacciones de desplazamiento doble. En este artículo discutiremos sobre las reacciones de precipitación y de neutralización.

Una reacción de precipitación sucede cuando dos compuestos iónicos acuosos forman un nuevo compuesto iónico que no es soluble en agua. Un ejemplo es la reacción entre el nitrato de plomo(II) y el yoduro de potasio. Ambos compuestos son sólidos blancos que se pueden disolver en agua para formar soluciones traslúcidas y sin color. Cuando combinas las dos soluciones traslúcidas, obtienes la siguiente reacción:

¡Obtuvimos un sólido dorado muy bonito a partir de dos soluciones traslúcidas! En la vida real, tu matraz de reacción podría verse como en la imagen de abajo.

El compuesto insoluble que resulta se llama precipitado. El solvente y los compuestos solubles de la reacción se llaman el sobrenadante. Podemos usar algunas reglas de solubilidad para predecir si una reacción de precipitación va a suceder. La formación del precipitado sólido es la fuerza motriz que hace que la reacción proceda hacia adelante.

Las reacciones de neutralización son un tipo de reacciones de desplazamiento doble que ocurre entre un ácido y una base. La siguiente reacción es un ejemplo:

Una reacción acuosa de neutralización generalmente produce agua y un compuesto iónico nuevo, también conocido como sal. La parte más difícil de identificar una reacción de neutralización es reconocer que en los reactivos tienes un ácido y una base. Una vez que sabes que tienes una reacción de neutralización, generalmente puedes predecir que la reacción procederá hacia adelante mientras tengas un ácido fuerte, una base fuerte, o ambos, como reactivo.

Una reacción de neutralización divertida que quizás has intentado antes es la combinación entre polvo para hornear —bicarbonato de sodio, $\text{NaHCO}_3$start text, N, a, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript— y vinagre —básicamente, ácido acético con mucha agua, $\text {CH}_3 \text{COOH} (ac)$start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, H, end text, left parenthesis, a, c, right parenthesis— lo que produce ácido carbónico —$\text {H}_2 \text{CO}_3$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript— y acetato de sodio —$\text{NaCH}_3 \text{COO}$start text, N, a, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, end text—. Si has intentado hacer esta reacción, es probable que recuerdes mucha efervescencia porque la reacción de neutralización está acompañada de una reacción que produce gas, donde el ácido carbónico se descompone en gas de dióxido de carbono —¡que produce muchas burbujas!— y agua.

Fíjate que las reacciones de desplazamiento doble se pueden escribir como ecuaciones moleculares, iónicas completas o iónicas netas. En este artículo solo estamos escribiendo la ecuación molecular, pero probablemente quieras familiarizarte con cómo escribir las otras formas de la ecuación también.

Veamos un ejemplo en el que no conocemos los productos:

Primero podemos identificar los cationes y aniones que serán intercambiados. Los cationes son $\text{H}^+$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript y $\text{Ba}^{2+}$start text, B, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, mientras que los aniones son $\text{SO}_4^{2-}$start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript y $\text{OH}^-$start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript. Si intercambiamos los aniones obtenemos como productos $\text{H}_2 \text O$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text y $\text{BaSO}_4$start text, B, a, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript:

Podemos notar que nuestra reacción de desplazamiento doble también es una reacción de neutralización puesto que está reaccionando ácido sulfúrico, un ácido fuerte, con hidróxido de bario, una base fuerte. ¿Cuál es el estado del producto, sulfato de bario? Si revisamos nuestras reglas de solubilidad, podemos ver que el sulfato de bario es insoluble y debería de precipitarse. ¡Eso significa que nuestra reacción también es una reacción de precipitación! Podemos incluir esa información en nuestra ecuación si añadimos el símbolo $\blueD{(s)}$start color #11accd, left parenthesis, s, right parenthesis, end color #11accd después del $\text{BaSO}_4$start text, B, a, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript.

Todavía no estamos del todo listos. Nuestra reacción no está balanceada, dado que tenemos un número desigual de hidrógenos y oxígenos en ambos lados de la flecha. Podemos arreglar esto si multiplicamos $\text{H}_2 \text O$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text por $\redD{2}$start color #e84d39, 2, end color #e84d39 para finalmente obtener nuestra ecuación molecular balanceada:

Las reacciones de desplazamiento doble tienen dos compuestos iónicos que son aniones o cationes intercambiables. Las reacciones de precipitación y de neutralización son dos tipos comunes de reacciones de desplazamiento doble. Las reacciones de precipitación producen un producto insoluble a partir de dos reactivos acuosos, y una reacción de precipitación se puede identificar usando las reglas de solubilidad. Las reacciones de neutralización ocurren cuando los reactivos son un ácido y una base, y estas reacciones son usualmente favorables mientras la reacción involucre a un ácido fuerte, una base fuerte o ambos.