Te damos la definición y ejemplos sobre reacciones de desplazamiento doble. Predecimos y balanceamos reacciones de neutralización y precipitación.

¿Qué es una reacción de desplazamiento doble?

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:
start color greenD, A, start superscript, plus, end superscript, B, start superscript, minus, end superscript, end color greenD, plus, start color maroonD, C, start superscript, plus, end superscript, D, start superscript, minus, end superscript, end color maroonD, right arrow, start color greenD, A, start superscript, plus, end superscript, end color greenD, start color maroonD, D, start superscript, minus, end superscript, end color maroonD, plus, start color maroonD, C, start superscript, plus, end superscript, end color maroonD, start color greenD, B, start superscript, minus, end superscript, end color greenD
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:
start color greenD, B, a, C, l, start subscript, 2, end subscript, end color greenD, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, start color maroonD, N, a, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, end color maroonD, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, start color greenD, B, a, end color greenD, start color maroonD, S, O, start subscript, 4, end subscript, end color maroonD, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 2, start color maroonD, N, a, end color maroonD, start color greenD, C, l, end color greenD, left parenthesis, a, c, right parenthesis
En este ejemplo, los cationes son start color greenD, B, a, start superscript, 2, plus, end superscript, end color greenD y start color maroonD, N, a, start superscript, plus, end superscript, end color maroonD y los aniones son start color greenD, C, l, start superscript, minus, end superscript, end color greenD y start color maroonD, S, O, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, end color maroonD. Si intercambiamos los aniones, o los cationes, obtenemos como productos B, a, S, O, start subscript, 4, end subscript y N, a, C, l.
Una vez que intercambiamos el par de aniones/cationes para obtener los productos, tenemos que asegurarnos de que los compuestos resultantes son neutros, puesto que los reactivos también son neutros. Esto significa que hay que revisar que las cargas de los aniones y cationes se cancelen en un compuesto. En B, a, S, O, start subscript, 4, end subscript, la carga de 2+ en el catión B, a, start superscript, 2, plus, end superscript se cancela con la carga de 2- del S, O, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript para dar lugar a un compuesto neutro.
También tenemos que revisar que los subíndices en los productos tengan el valor entero más bajo posible. Por ejemplo, en la reacción de arriba sabemos que uno de los productos es 2, N, a, C, l y no N, a, start subscript, 2, end subscript, C, l, start subscript, 2, end subscript porque, a pesar de que los dos compuestos son neutros, podemos dividir ambos subíndices en N, a, start subscript, 2, end subscript, C, l, start subscript, 2, end subscript entre dos para obtener N, a, C, l.
Si te está costando trabajo recordar las cargas de los diferentes iones, puedes repasar viendo este video sobre iones poliatómicos comunes.

Reacciones de precipitación y neutralización

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:
P, b, left parenthesis, N, O, start subscript, 3, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, 2, K, I, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, 2, K, N, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, start color goldE, P, b, I, start subscript, 2, end subscript, end color goldE, left parenthesis, s, right parenthesis
¡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.
Una nube de yoduro de plomo (II), amarillo y sólido, se forma cuando las soluciones traslúcidas de nitrato de plomo (II) y yoduro de potasio se combinan
Combinación de nitrato de plomo(II) acuoso y yoduro de potasio que resulta en la formación del yoduro de plomo(II) insoluble, un sólido amarillo. Crédito de la imagen: PRHaney en Wikimedia Commons, CC-BY-SA 3.0
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.
La formación del precipitado disminuye la concentración del producto insoluble en solución, lo que conduce a la reacción hacia adelante. Esto puede entenderse con más detalle mediante el principio de Le Châtelier.
Revisión de conceptos: ¿qué hay en el sobrenadante?
Nuestro sobrenadante contiene todo lo que no es parte del precipitado, así que está hecho del solvente H, start subscript, 2, end subscript, O y K, N, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, que también puede escribirse como los iones disociados K, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis y N, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis.
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:
start color blueD, H, end color blueD, F, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, N, a, start color blueD, O, H, end color blueD, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, start color blueD, H, start subscript, 2, end subscript, O, end color blueD, plus, N, a, F, left parenthesis, a, c, right parenthesis
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.
Si quieres saber más sobre las reacciones ácido-base, puedes ver este video acerca de las propiedades ácido-base de las sales.
Una reacción de neutralización divertida que quizás has intentado antes es la combinación entre polvo para hornear —bicarbonato de sodio, N, a, H, C, O, start subscript, 3, end subscript— y vinagre —básicamente, ácido acético con mucha agua, C, H, start subscript, 3, end subscript, C, O, O, H, left parenthesis, a, c, right parenthesis— lo que produce ácido carbónico —H, start subscript, 2, end subscript, C, O, start subscript, 3, end subscript— y acetato de sodio —N, a, C, H, start subscript, 3, end subscript, C, O, O—. 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.

Ejemplo: predecir y balancear un reacción de doble sustitución

Veamos un ejemplo en el que no conocemos los productos:
H, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, B, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow
Primero podemos identificar los cationes y aniones que serán intercambiados. Los cationes son H, start superscript, plus, end superscript y B, a, start superscript, 2, plus, end superscript, mientras que los aniones son S, O, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript y O, H, start superscript, minus, end superscript. Si intercambiamos los aniones obtenemos como productos H, start subscript, 2, end subscript, O y B, a, S, O, start subscript, 4, end subscript:
H, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, B, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, H, start subscript, 2, end subscript, O, plus, B, a, S, O, 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 start color blueD, left parenthesis, s, right parenthesis, end color blueD después del B, a, S, O, 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 H, start subscript, 2, end subscript, O por start color redD, 2, end color redD para finalmente obtener nuestra ecuación molecular balanceada:
H, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, B, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, start color redD, 2, end color redD, H, start subscript, 2, end subscript, O, plus, B, a, S, O, start subscript, 4, end subscript, start color blueD, left parenthesis, s, right parenthesis, end color blueD

Resumen

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.

Créditos

Este artículo fue adaptado de:
El artículo modificado está autorizado bajo una licencia CC-BY-NC-SA 4.0.

Referencias Adicionales:

Kotz, J. C., Treichel, P. M. y Weaver., G. C. (2005). Reacciones en soluciones acuosas. En Química y Reactividad Química (6a ed.). México: Thomson.

¡Inténtalo!

Problema 1

En los siguientes reactivos, ¿cuáles son los productos de una reacción de desplazamiento doble?
F, e, C, l, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, B, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow
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Los cationes son F, e, start superscript, 3, plus, end superscript y B, a, start superscript, 2, plus, end superscript y los aniones son C, l, start superscript, minus, end superscript y O, H, start superscript, minus, end superscript.
Si intercambiamos los aniones, obtenemos los productos F, e, left parenthesis, O, H, right parenthesis, start subscript, 3, end subscript y B, a, C, l, start subscript, 2, end subscript. Con base en las reglas de solubilidad, F, e, left parenthesis, O, H, right parenthesis, start subscript, 3, end subscript se precipitará puesto que casi todos los hidróxidos de metal son insolubles.
Por lo tanto, F, e, left parenthesis, O, H, right parenthesis, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, B, a, C, l, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis es la respuesta correcta.

Problema 2

¿Qué tipo de reacción es la reacción anterior?
Elige todas las respuestas adecuadas:
Elige todas las respuestas adecuadas:

Estamos formando un producto insoluble a partir de reactivos acuosos, así que esta es una reacción de precipitación.
Las reacciones de precipitación son un tipo de reacción de desplazamiento doble, por lo que esta reacción también es una reacción de desplazamiento doble.