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Lecciones de química
Curso: Lecciones de química > Unidad 5
Lección 5: Tipos de reacciones químicas- Reacciones de oxidación–reducción (redox)
- Ejemplo resuelto: Usar números de oxidación para identificar la oxidación y reducción
- Balancear ecuaciones redox
- Disolución y precipitación
- Reacciones de precipitación
- Reacciones de doble desplazamiento
- Reacciones de sustitución simple
- Ecuaciones moleculares, iónicas completas e iónicas netas
- Ecuaciones moleculares, iónicas completas e iónicas netas
- Respuesta libre del AP Química 2015, pregunta 3a
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Reacciones de sustitución simple
Definición de reacción de sustitución simple (o desplazamiento simple). Predicción y determinación de los productos mediante la serie de reactividad.
¿Qué es una reacción de sustitución simple?
Una reacción de sustitución simple, también llamada reacción de desplazamiento simple, es una reacción en la que un elemento se sustituye por otro dentro un compuesto. Los materiales iniciales siempre son elementos puros, como metal de zinc puro o gas hidrógeno, más un compuesto acuoso. Cuando ocurre una reacción de sustitución, se generan como productos un nuevo compuesto acuoso puro y un elemento puro diferente. La forma general de una reacción de sustitución simple se muestra a continuación.
Podemos ver que
Vamos a tratar de darle sentido a esa definición con un ejemplo de una reacción.
Probablemente notaste que no hemos especificado los productos en la reacción anterior. De hecho, es posible que la reacción ¡ni siquiera suceda! En la siguiente sección averiguaremos si podemos predecir si esta reacción sucede y qué productos se podrían formar. Entretanto, podemos utilizar nuestras agudas habilidades de observación para comenzar a pensar sobre lo que está sucediendo.
¿Cómo se ve esta reacción en la vida real?
Comenzamos con una solución transparente e incolora de nitrato de plata (I), luego dejamos caer un trozo de alambre de cobre brillante.
La solución se vuelve azul aguamarina y el alambre de cobre comienza a verse gris y parece que tiene pelusa. ¡Genial!
Ahora tratemos de explicar este fenómeno mediante la química.
Determinación de los productos de las reacciones de sustitución simple
Si estamos tratando de averiguar si ocurrirá una reacción de desplazamiento simple, hay dos preguntas principales que debemos responder.
1. ¿Cuáles son los dos elementos que podrían intercambiarse de lugar en nuestra reacción propuesta?
En general, los elementos que forman aniones pueden sustituir el anión en el compuesto y los elementos que forman cationes pueden sustituir el catión del compuesto. Se pueden utilizar las siguientes pautas para determinar el tipo de ion que un elemento dado podría formar.
- Los metales por lo general, forman catones. Esto incluye los grupos 1 y 2, algunos elementos de los grupos 13 y 14, y los metales de transición.
- Los no metales comunes que participan en reacciones de sustitución simple son los que pertenecen al grupo 17, los cuales generalmente forman aniones con carga 1-.
- El hidrógeno normalmente forma el catión
En nuestra reacción con metal de cobre y solución de nitrato de plata (I), el metal de cobre probablemente reaccionará para formar cationes de cobre porque es un metal de transición. Los cationes de cobre pueden sustituir a los cationes de plata en el compuesto
2. ¿Cuál es el nuevo compuesto que se formará como producto?
Ya que sabemos qué elemento se podría sustituir en nuestro compuesto iónico, podemos predecir los productos que se podrían formar. En este ejemplo, los átomos de plata en
¿Coincide esto con nuestras observaciones? Resulta que las soluciones acuosas de
¿Se te ocurren otras mediciones que podríamos hacer para comprobar nuestras conclusiones?
Predecir si ocurrirá una reacción de sustitución simple
Ya que sabemos qué elementos podrían intercambiarse en nuestra reacción de desplazamiento simple, podemos predecir si la reacción sucederá según lo que conocemos sobre la reactividad relativa de los dos elementos,
La serie de reactividad, también llamada serie de actividad, clasifica los elementos en orden de su reactividad para ciertos tipos de reacciones, incluyendo las reacciones de sustitución simple. Los elementos más reactivos en la serie de reactividad, sustituirán a los menos reactivos, pero no a la inversa. Hay clasificaciones diferentes para los elementos que forman cationes y los elementos que forman aniones.
Para los elementos que tienden a ganar electrones para formar aniones, el orden de reactividad del más reactivo al menos reactivo es el siguiente:
Para recordar el orden de reactividad de estos elementos, también podemos ver de qué manera están acomodados en la tabla periódica, dentro del grupo 17. Entre más arriba esté el elemento en la columna, más reactivo será. De acuerdo con esta serie de actividad, podemos predecir que el
Para los elementos que forman cationes, la serie de reactividad es más larga, y las tendencias no son tan claras. Puedes ver un ejemplo de una serie de reactividad para cationes a continuación.
¡La reactividad es bastante complicada! Al fin y al cabo, hay muchos tipos distintos de reacción; entonces, ¿qué tipo de reactividad estamos clasificando aquí? Algunas de las propiedades que se toman en cuenta en la serie de reactividad incluyen la reactividad con agua y ácidos, así como la facilidad con la que un elemento pierde electrones para formar cationes. Sin embargo, como resultado de las diferentes formas de definir el término reactividad, es posible que encuentres que algunos elementos se clasifican en un orden diferente, dependiendo de tu maestro o libro de texto. Para este artículo, usaremos la serie de reactividad de arriba como nuestra referencia para resolver nuestros ejemplos.
La forma de usar la serie de reactividad es igual tanto para cationes como para aniones:
Los elementos más reactivos sustituirán a los elementos menos reactivos en un compuesto.
Regresemos a nuestro experimento que combina
Ejemplo: predicción de los productos de una reacción de sustitución simple
Consideremos la siguiente reacción:
La primera pregunta que nos podríamos hacer es ¿a qué elemento podría sustituir el
¿Qué productos esperamos de esta reacción de sustitución simple? Esperamos formar
Esto da la siguiente reacción:
Pero todavía no hemos terminado puesto que, por el momento, nuestra reacción no está balanceada. Podemos arreglarlo multiplicando
Resumen
Las reacciones de sustitución simple tienen la forma general que se muestra a continuación:
donde un elemento sustituye a otro elemento en un compuesto para generar un nuevo elemento y un nuevo compuesto.
Otras cosas que hay que recordar para las reacciones de sustitución simple incluyen:
- Los elementos que probablemente formen cationes (normalmente metales o gas hidrógeno), sustituirán al catión en el compuesto y los elementos que probablemente formen aniones (generalmente halógenos del grupo 17), reemplazarán a los aniones en el compuesto.
- En una reacción de sustitución simple, es más reactivo un elemento con mayor jerarquía en la serie de actividad. Pronosticamos que una reacción de sustitución simple ocurrirá cuando sea posible sustituir un elemento menos reactivo por uno más reactivo en un compuesto.
¡Inténtalo!
Problema 1
¿Qué productos se pueden predecir para la siguiente reacción de sustitución simple?
Problema 2
Si queremos precipitar el metal de cobre de una solución acuosa de
¿Quieres unirte a la conversación?
Hola, les quería comentar que hay un error de sintaxis en la palabra cationes, dentro de la frase:
"Los metales por lo general, forman catones. Esto incluye los grupos 1 y 2, algunos elementos de los grupos 13 y 14, y los metales de transición."
Saludos y gracias(8 votos)
En el ejemplo donde el magnesio sustituye al aluminio, ¿cómo sabemos que el aluminio en solución acuosa precipitará y se convertirá en sólido?(1 voto)