Mitä ovat siirtymisreaktiot?

Korvausreaktio on reaktio, jossa alkuaine tai ryhmä on syrjäytetty kemiallisesta yhdisteestä toisen alkuaineen tai ryhmän avulla. Yhden siirtymän reaktioissa reaktiivisempi elementti syrjäyttää vähemmän reaktiivisen. Kaksinkertaisen siirtymän reaktioissa, jotka useimmiten tapahtuvat ionisten yhdisteiden vesiliuoksien välillä, positiivisesti varautuneet kationit ja negatiivisesti varautuneet anionit vaihtuvat. Reaktio etenee yleensä, koska yksi tuotteista on liukenematon ja saostuu kiinteänä aineena tai kehittyy kaasuksi, tai koska reagoivat aineet ovat happo ja emäs, joka tuottaa aina suolaa ja vettä.

Yksinkertaiset siirtymäreaktiot sisältävät suolan metallin korvaamisen reaktiivisemmalla metallilla. Esimerkiksi rauta syrjäyttää kuparin kuparisulfaattiliuoksesta, koska se on reaktiivisempi: Fe + CuSO4 -> Cu + FeSO4. Tämän tyyppistä reaktiota voidaan käyttää metallipinnoitukseen.

Metallit, jotka ovat reaktiivisempia kuin vety, syrjäyttävät sen hapoista. Jos esimerkiksi suolahappoon lisätään sinkkiä, reaktio tuottaa sinkkikloridia ja vetyä, koska sinkki on reaktiivisempi kuin vety: Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2. Metallit, jotka ovat vähemmän reaktiivisia kuin vety – esimerkiksi kupari, lyijy, hopea ja kulta – eivät syrjäytä sitä haposta.

Hyvin tunnettu termiittireaktio, jossa jauhemaista alumiinia käytetään syrjäyttämään metalli yhdisteestä, yleensä oksidista, on esimerkki kiinteiden aineiden välisestä siirtymäreaktiosta. Yleisimmässä muodossaan rautaa tuotetaan alumiinin reaktiolla rauta III -oksidin: Fe2O3 + 2Al -> 2Fe + Al2O3 kanssa. Kehittyy niin paljon lämpöä, että rauta vapautuu valkoisena kuumana nesteenä; sitä käytetään joskus hitsausmenetelmänä rikkoutuneiden kiskojen yhdistämiseen.

Epämetallien väliset siirtymäreaktiot ovat myös yleisiä. Esimerkki on jodin syrjäyttäminen jodidisuolasta kloorilla. Kloori on reaktiivisempi kuin jodi, joten jos kloorikaasua kuplitetaan natriumjodidiliuokseen, se syrjäyttää jodin: 2NaI + Cl2 -> 2NaCl + I2. Tätä menetelmää käytetään jodin teolliseen tuotantoon.

Esimerkki kaksinkertaisesta siirtymästä on bariumkloridi- ja natriumsulfaattiliuoksen reaktio. Kun nämä sekoitetaan, ne reagoivat muodostaen natriumkloridia ja bariumsulfaattia. Jälkimmäinen on liukenematon ja muodostaa sakan: BaCl2 + Na2SO4 -> BaSO4 + 2NaCl. Bariumkloridiliuosta voidaan siten käyttää sulfaatti -ionien testaamiseen.
Happo-emäsreaktiot ovat toinen kaksinkertaisen siirtymän muoto. Näitä kutsutaan myös neutralointireaktioiksi. Esimerkiksi suolahappo ja natriumhydroksidi reagoivat muodostaen natriumkloridia ja vettä: HCl + NaOH -> NaCl + H2.