単一置換反応または単一置換反応の定義を取得します。単一置換反応の例を取得し、金属反応系列を使用して、反応が発生するかどうかと生成物を予測する方法を学びます。
単一置換反応の定義
単一置換反応 化合物内で 1 つの元素が別の元素に置き換わる化学反応です。 単一置換反応としても知られています .単一置換反応の化学式の一般的な形式は次のとおりです。
A + BC → B + AC
単一置換反応は、A が B よりも反応性が高い場合、または生成物 AC が BC よりも安定している場合に発生します。 A および B は、2 つの金属 (水素を含む。C は陰イオン) または 2 つのハロゲン (C は陽イオン) のいずれかです。 BC と AC が水溶液の場合、C はスペクテーター イオンとして機能します。
単一置換反応の例
単一置換反応には 2 つの異なるシナリオがあります。反応の 1 つの形式では、1 つの陽イオンが他の陽イオンに置き換わります。反応の他の形態では、1 つの陰イオンが他の陰イオンに置き換わります。
カチオン置換の例
通常、陽イオンは金属ですが、そうである必要はありません。以下は、陽イオンが関与する単一置換反応の例です:
- Zn(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2 (aq) + H2 (g)
- 2K + 2H2 O → 2 KOH + H2 (水を HOH と書かないため、陰イオンの書き方が異なることに注意してください)
- Cu + 2 AgNO3 → 2 Ag + Cu(NO3 )2
- Ca + 2 H2 O → Ca(OH)2 + H2
しかし、要素の形の反応物が他の陽イオンよりも反応性が高くない場合、反応は起こりません。場合によっては、逆の反応が好まれますが、正の反応は好まれません.
陰イオン置換の例
カチオン置換の代わりに、単一の置換反応にアニオンが関与する場合があります。実際には、単一置換反応に関与する唯一の陰イオンはハロゲン (フッ素、塩素、臭素、ヨウ素) です。反応の一般的な形式は次のとおりです。
A + BC → BA + C
これは、単一の置換反応であることに加えて、酸化還元または酸化還元反応でもあります。陰イオン置換反応の例は次のとおりです:
- Cl2 + 2 NaBr → 2 NaCl + Br2
- Br2 + 2 KI → 2 KBr + I2
繰り返しますが、元素反応物が他の陰イオンよりも反応性が高くない場合、反応は起こりません。たとえば、次の反応は起こりません:
私2 + 2 KBr → 無反応
単一置換反応の生成物を決定する方法
単一の置換反応の生成物は、予測するのに十分簡単です。純粋な元素がハロゲンの場合、化合物内の他のハロゲンの代わりになります。すべてのハロゲンは同じ酸化状態 (-1) であるため、単純な置換です。
しかし、元素反応物がハロゲンでない場合は、化合物中の陽イオンを置き換えます。 2 つの陽イオンは常に同じ酸化状態を持っているとは限りません。必要なものを得るには、陽イオンと陰イオンの電荷のバランスを取り、化学式のバランスをとる必要があるかもしれません.
たとえば、反応を考えてみましょう:
Mg(s) + AlPO4 (aq) →
マグネシウムはアルミニウムよりも反応性が高いため、置換が有利です。ただし、アルミニウム陽イオンは +3 の電荷を持っています (PO4 のバランスをとる) 陰イオン)、マグネシウム イオン (希土類金属として) は +2 の電荷を持っています。
まず、陽イオンと陰イオンの電荷のバランスをとって生成物の式を見つけ、次を取得します。
Mg(s) + AlPO4 (aq) → Al(s) + Mg3 (PO4 )2 (aq)
次に、反応物と生成物の前の係数を調整して、化学式のバランスをとります:
3 Mg(s) + 2 AlPO4 (aq) → 2 Al(s) + Mg3 (PO4 )2 (aq)
反応系列を使用して反応が発生するかどうかを予測する
反応系列を使用して、単一の置換反応が発生するかどうかを判断します。
陰イオン置換の場合、ハロゲンの反応系列は次のとおりです:
最も反応の良い F2> Cl2> Br2> 私2 反応性が最も低い
これは、ハロゲンが周期表でグループを下っていく順序なので、覚えやすいです。ハロゲンが周期表で高いほど、反応性が高くなります。だから、Cl2 I2 を置き換えます 1 回の置換反応では反応しますが、陰イオンにフッ化物イオンがあると反応しません。
陽イオンの反応系列はより長く、明らかではありません。最も反応性の低い金属は H(aq) イオンと反応しませんが、最も反応性の高い金属はイオンと反応するだけでなく、液体の水から水素イオンを引き抜くことさえできます。間にある元素は H(aq) イオンと反応し、水蒸気から水素を引き離すことがあります。
しかし、一般化学の授業では、主に、どの金属が互いに置き換えられ、どの金属が置き換えられないかを知る必要があります.たとえば、亜鉛 (Zn) は、化合物の陽イオンとしてスズ (Sn) を置き換えることができますが、カリウム (K) を置き換えることはできません。一般に、アルカリ金属が最も反応性が高く、次にアルカリ土類金属が続きます。対照的に、貴金属は比較的非反応性です。
参考文献
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- マイヤーズ、リチャード (2009)。 化学の基礎 .グリーンウッド出版グループ. ISBN 978-0-313-31664-7.
