単一置換反応では、化合物内の 1 つの要素が別の要素に置き換わります。二重置換反応では、要素の交換が行われます.
アイスクリームが大好きな子供が 2 人の友達と出かけるという架空の状況を想像してみてください。最初は友達Aと手をつないでいましたが、すぐに友達Bが加わり、子供にアイスクリームを差し出しました。その時、彼は誰の手を握りたいと思うと思いますか?明らかに、友人B！子供ってそういうものです。彼女らは、自分が好きなものを提供してくれる人に簡単に寄っていきます。おかしなことに、化学は、反応と呼ばれるこの種の相互作用も扱います。
進行中の化学反応 (写真提供:Shaiith/Shutterstock)
置換反応は、化合物内の 1 つの要素が別の要素に置き換わる化学反応の一種です。これは、単一置換反応または二重置換反応のいずれかの形態であり得る。単一の置換反応では、反応物の 1 つが他の反応性よりも反応性が高く、その結果、より安定した生成物が形成されます。二重置換反応では、両方の反応化合物で元素が置換されます。二重置換反応では、沈殿物と呼ばれる固体生成物も形成されます。
しかし、これらの反応はどのように起こるのでしょうか?見てみましょう！
置換反応とは?
サブタイプに飛び込む前に、この化学原理の基本を調べてみましょう。錆びた鉄の棒を見たことがありますか？このタイプのオブジェクトは、化学反応の代表的な例です。 1 つまたは複数の物質が 1 つまたは複数の異なる物質に変換されるプロセスは、化学反応と呼ばれます。変化する物質を反応物、形成される物質を生成物と呼びます。さびの場合、反応物は空気中の鉄と水蒸気で表されます。この2つが反応して錆が発生し、それが当社の製品です。
さびの化学 (写真提供:Nasky/Shutterstock)
ただし、反応を分類して簡単にするために、これを特定のカテゴリに分類しました。置換反応では、反応性の高い元素が化合物の反応性の低い元素と置き換わり、安定した生成物が形成されます。これらの置換反応は、置換反応とも呼ばれます。
単一置換反応とは?
置換反応とは何かがわかったので、そのサブタイプの 1 つを見てみましょう。次の反応を考えてみましょう:A + BC —— B + AC
ここで、A は元素、BC は化合物ですが、A は化合物 BC よりも反応性が高いです。したがって、それらが化学反応を起こすと、A は B を置換し、より反応性が高くなり、化合物 AC を形成します。 Bは、元素またはイオンの形で与えられます。この反応では単一の化合物のみが置換されるため、「単一置換」と呼ばれます。
単一置換反応の図式表現 (写真提供:Inna Bigun/Shutterstock)
これをよりよく理解するために、次の例を考えてみましょう。
Zn + CuCl2 —— ZnCl2 + Cu
この反応は、上記の説明と容易に一致します。亜鉛は銅よりも反応性が高いです。したがって、塩化銅の溶液に添加すると、銅を置き換えて塩化亜鉛を形成します。銅はイオンの形で与えられます。この反応は、カチオン置換の優れた例でもあります .これは、置換イオンが正電荷、つまり 2+ を持っているためです。そのため、それは陽イオンです。
Br2 + 2KI —— 2KBr + I2
同様に、ヨウ化カリウムの溶液に臭素を加えると、化合物中のヨウ素の位置が置換されます。その結果、臭化カリウムが形成され、ヨウ素分子が放出されます。この反応は、臭素がヨウ素よりも反応性が高いために起こります。置換イオンは負電荷を持っているため、この反応は 陰イオン置換 の例です .
二重置換反応とは?
二重置換反応を理解する最も簡単な方法は、「スワッピング パートナー」という用語を思い出すことです。二重置換では、要素は両方の反応化合物で置換されます。ここでは、2 つのイオン化合物の一部が交換され、2 つの新しい化合物が作られます。次の反応を考えてみましょう:AB + CD —— AC + BD
ここでは、反応する化合物の要素がパートナーを交換します。製品では、A は C と結合し、B は D と結合します。置換が 2 箇所で発生するため、二重置換と呼ばれます。二重置換反応は、メタセシスまたは二重置換反応とも呼ばれます。通常、これらの反応では、水溶液を組み合わせると、固体生成物も形成されます。この生成物は沈殿物と呼ばれ、反応は沈殿反応と呼ばれます。
たとえば、この反応を見てください:
AgNO3 (aq) + NaCl (aq) —— AgCl (s) + NaNO3 (aq)
硝酸銀の水溶液を塩化ナトリウムの水溶液と混合すると、硝酸ナトリウム溶液が形成され、塩化銀が沈殿します。両方の反応化合物で元素が置換されていることが簡単にわかります。
二重置換反応の図式表現 (写真提供:Inna Bigun/Shutterstock)
要約すると、単一置換反応では、反応性の高い元素が反応性の低い化合物に取って代わります。一方、二重置換反応では、反応する化合物の両方がパートナーを交換し、まったく新しい化合物を形成することになります!
