Réactions de substitution simple et double

Définition de la réaction de simple remplacement

Commençons par examiner la définition d'une réaction de remplacement simple.

Cette réaction est parfois appelée déplacement simple, puisqu'un élément en "pousse" (déplace) un autre.

La formule générale de cette réaction est la suivante :

$$A + BC \rightarrow AC + B$$.

Essentiellement, l'élément A est échangé avec l'élément B, qui forme le nouveau composé AC. L'élément B reste donc un élément solitaire.

Il est important de se rappeler que l'élément solitaire s'échange toujours avec une espèce de même charge. En fait, seules les espèces formant des cations (chargées positivement) peuvent déplacer une autre espèce formant des cations. Par exemple, le fer (Fe), qui peut avoir une charge de +2 ou +3, ne peut pas déplacer l'oxygène (O), qui peut avoir une charge de -2.

De plus, l'élément qui effectue le remplacement est toujours plus réactif que l'espèce qu'il remplace. Nous en parlerons plus en détail dans la section "Séries d'activités".

Réactions de remplacement simple

Maintenant que nous avons vu à quoi ressemble la réaction générale, examinons quelques exemples spécifiques.

Réactions de remplacement de cations

Cu + AgNO_3 \rightarrow CuNO_3 + Ag$$$$$$$Cu + AgNO_3 \rightarrow CuNO_3 + Ag$$$

Zn + CuCl_2 \rightarrow ZnCl_2 + Cu$$$$ Zn + H_2_3 \rightarrow ZnCl_2 + Ag

Zn + H_2S \rightarrow H_2 + ZnS$$ $Zn + H_2S \rightarrow H_2 + ZnS$$

Dans les réactions ci-dessus, l'élément solitaire (neutre) peut former un cation, qui remplacera le cation dans le composé.

La première et la deuxième réaction sont en fait les réactions dont nous avons parlé dans notre introduction. Il n'est pas nécessaire que ces éléments aient la même charge, il suffit qu'ils aient le même type de charge (c'est-à-dire positive ou négative). Dans la troisième réaction, le zinc (Zn) a une charge de +2 dans le sulfure de zinc (ZnS), tandis que l'hydrogène (H) a une charge de +1 lorsqu'il est lié au soufre (S).

Réactions de remplacement d'anions

$$Br_2 + 2KI \righrighrow 2KBr + I_2$$

F_2 + NaCl \rightarrow NaF + Cl_2$$$$$$$$$$$$.

Les réactions de remplacement d'anions sont pratiquement les mêmes que les réactions de remplacement de cations, sauf que c'est l'espèce chargée négativement qui est remplacée.

Lorsqu'un élément est seul (sans charge notée), il est neutre. Il n'est chargé que lorsqu'il est lié. Pour cette raison, tu dois te souvenir des espèces qui forment des cations et de celles qui forment des anions. Par exemple, la réaction suivante n'est pas possible :

$$Zn + HCl \rightarrow H_2Zn$$$.

En effet, le zinc ne forme qu'un cation (charge +2) et ne peut donc pas remplacer le chlore (Cl), qui a une charge -1 lorsqu'il est lié à l'hydrogène.

Série d'activités

Les réactions de remplacement simple ne peuvent se produire que si l'élément qui en remplace un autre est plus réactif. Pour nous aider à nous rappeler quelle espèce est la plus réactive, nous utilisons une série d'activités.

Pour commencer, voici la série d'activité des métaux.

Fig.2- Série d'activité des métaux

À partir de ce tableau, nous pouvons voir quelques tendances générales :

• Les métaux des groupes 1 et 2 sont plus réactifs que les métaux de transition.

• La réactivité des métaux de transition diminue au fur et à mesure que l'on descend dans les rangs.

Travaillons sur un exemple :

Passons maintenant aux non-métaux :

Fig.3-Série d'activités pour les non-métaux

Voici quelques règles générales :

• Le groupe 17 est généralement plus réactif que le groupe 16 (sauf pour l'iode).
• En descendant dans le groupe 17, les éléments deviennent moins réactifs.
• En descendant dans le groupe 16, les éléments deviennent moins réactifs.

Bien qu'il s'agisse d'une bonne règle générale, il est préférable de garder une série d'activités à portée de main !

Prenons un autre exemple, cette fois en utilisant la série des non-métaux :

Définition de la réaction de double remplacement

Passons maintenant aux réactions de double remplacement. Sa définition est la suivante :

La formule générale des réactions de double remplacement est la suivante :

$$AB + CD \rightarrow CB + AD$$

Où A et C sont tous deux des cations et B et D sont tous deux des anions.

Réactions de double remplacement

Dans une réaction de double remplacement, soit les deux cations sont échangés, soit les deux anions. Contrairement aux réactions de remplacement simple, tu ne peux pas vraiment savoir lesquels ont été échangés, car tu obtiendrais le même produit de toute façon.

Voici quelques exemples de réactions de double remplacement :

(NH_4)_2CO_3 + Ba(NO_3)_2 + 2NH_4NO_3 + BaCO_3$$.

2KI + Pb(NO_3)_2 \rightarrow PbI_2 + 2KNO_3$$$.

$Ca(OH)_2 + HCl \rightarrow H_2O + CaCl_2$$$$$$$$$Ca(OH)_2 + HCl \rightarrow H_2O + CaCl_2

Réactions de précipitation

Voici quelques exemples de réaction de précipitation :

$$AgNO_{3\,(aq)} + NaCl_{(aq)} \rightarrow NaNO_{3\,(aq)} + AgCl_{(s)}$$$.

$$CuSO_{4\,(aq)} + 2NaOH_{(aq)} \rightarrow Na_2SO_{4\,(aq)} + Cu(OH)_{2\,(s)}$$$

Réactions de neutralisation

Un autre type particulier de réaction de double remplacement est la réaction de neutralisation.

La formule générale de ce type de réaction est la suivante :

$$HA + BOH \rightarrow H_2O + BA$$$.

Où A est l'anion de l'acide et B le cation de la base.

La réaction est appelée réaction de neutralisation parce que les deux sels (ici représentés par BA) et l'eau (_H2O) ont un pH neutre (pH=7)

Voici quelques exemples :

$$HCl + NaOH \rightarrow H_2O + NaCl$$$

HBr + KOH \rightarrow H_2O + KBr$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$.