Le reazioni di doppio scambio avvengono tra due composti e i prodotti di reazione sono due nuovi composti in cui i cationi si scambiano. Possono essere rappresentate come:
AB + CD → AD + CB
Le reazioni che possono essere classificate come reazioni di doppio scambio sono:
2) Reazioni con sviluppo di gas
3) Reazioni di neutralizzazione
Si noti che le reazioni di doppio scambio non sono reazioni di ossidoriduzione in quanto non si osserva variazione del numero di ossidazione.
Le reazioni di precipitazione avvengono in soluzione acquosa quando almeno uno dei sali che si formano non è solubile in acqua e forma un precipitato. Spesso tuttavia i testi riportano erroneamente che una reazione di doppio scambio può essere rappresentata ad esempio dalla reazione:
NaCl + KNO3→ NaNO3 + KCl
Tuttavia sia il nitrato di sodio che il cloruro di potassio sono sali solubili e quindi in realtà non avviene alcuna reazione: scrivendo, infatti, la reazione in forma ionica si ha:
Na+(aq) + Cl–(aq) + K+(aq) + NO3–(aq) → Na+(aq) + NO3–(aq) + K+(aq) + Cl–(aq)
si nota che i prodotti sono uguali ai reagenti e pertanto non è avvenuta alcuna reazione.
Per sapere se avviene una precipitazione si deve sapere se uno o entrambi i sali sono poco solubili e quindi o si può far riferimento alle regole di solubilità oppure consultare una tabella dei prodotti di solubilità.
Ad esempio, se consideriamo la reazione tra NaCl e AgNO3 , poiché il cloruro di argento è un sale poco solubile si ha una reazione di doppio scambio che, in forma molecolare può essere scritta come:
NaCl(aq) + AgNO3(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq)
La reazione può essere scritta in forma ionica come:
Na+(aq) + Cl–(aq) + Ag+(aq) + NO3–(aq) → Na+(aq) + NO3–(aq) + AgCl(s)
semplificando le specie che compaiono a destra e a sinistra si ha la cosiddetta reazione netta:
Cl–(aq) + Ag+(aq) → AgCl(s)
Un altro esempio di reazione di doppio scambio è costituito dalla reazione tra una soluzione di cloruro di bario e una soluzione di solfato di sodio che, in forma molecolare può essere scritta come:
BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) → BaSO4(s) + 2 NaCl(aq)
In cui viene evidenziata la formazione del precipitato costituito da solfato di bario.
La reazione può essere scritta in forma ionica come:
Ba2+(aq) + 2 Cl–(aq) + 2 Na+(aq) + SO42-(aq) → BaSO4(s) + 2 Cl–(aq) + 2 Na+(aq)
semplificando le specie che compaiono a destra e a sinistra si ha la cosiddetta reazione netta:
Ba2+(aq) + SO42-(aq)→ BaSO4(s)
Si noti che le reazioni di precipitazione non sono reazioni di ossidoriduzione in quanto non si osserva variazione del numero di ossidazione.
Mescolando una soluzione di nitrato di piombo (II) con una di solfato di sodio si forma un precipitato bianco di solfato di sodio:
Pb(NO3)2(aq) + Na2SO4(aq) → PbSO4(s) + 2 NaNO3(aq)
Facendo passare l'idrogeno solfuro gassoso attraverso una soluzione di solfato di rame (II) si forma un precipitato nero di solfuro di rame (II):
CuSO4(aq) + H2S(g) → CuS(s) + H2SO4(aq)
Mescolando una soluzione di nitrato di piombo (II) con una soluzione di ioduro di sodio si forma un precipitato giallo di ioduro di piombo (II):
Pb(NO3)2(aq) + 2 NaI(aq) → PbI2(s) + 2 NaNO3(aq)
Mescolando una soluzione di cloruro di cobalto (II) con una soluzione di carbonato di sodio si forma un precipitato rosso di carbonato di cobalto (II) e cloruro di sodio:
CoCl2(aq) + Na2CO3(aq) → CoCO3(s) + 2 NaCl(aq)
Una reazione di doppio scambio può avvenire se si ottiene un gas insolubile in acqua: alcuni gas come HCl e NH3 sono solubili in acqua mentre altri come H2Se CO2 non lo sono. Molti solfuri reagiscono con gli acidi per formare un gas insolubile in acqua che si allontana dalla soluzione; ad esempio il solfuro di zinco reagisce con l'acido cloridrico per dare solfuro di idrogeno e cloruro di zinco secondo la reazione:
ZnS(s) + 2 HCl(aq) →ZnCl2(aq) + H2S(aq)
Il carbonato di calcio reagisce con l'acido cloridrico per dare cloruro di calcio e acido carbonico:
CaCO3(s) + 2 HCl(aq) → CaCl2(aq) + H2CO3(aq)
Tuttavia l'acido carbonico è poco stabile e si decompone in biossido di carbonio e acqua:
H2CO3(aq) → CO2(g) + H2O(l)
Le reazioni di neutralizzazione sono un tipo particolare di reazioni di doppio scambio e avvengono tra quantità stechiometriche di acido e di base con formazione di ioni e acqua. Ad esempio la reazione tra acido cloridrico e idrossido di sodio è considerata come una reazione di doppio scambio e può essere scritta in forma molecolare come:
HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
La reazione può essere scritta in forma ionica come:
H+(aq) + Cl–(aq) + Na+(aq) + OH–(aq) → Cl–(aq) + Na+(aq) + H2O(l)
semplificando le specie che compaiono a destra e a sinistra si ha la cosiddetta reazione netta:
H+(aq) + OH–(aq) → H2O(l)
Si può concludere che i prodotti ottenuti da una reazione di doppio scambio possono essere dei precipitati, dei gas o l'acqua.
