изместване (хим.
Изместване (хим.)- Изместване може да се нарече най-общо всяка химическа реакция, при която от дадено вещество, представляващо комбинация от най-малко два елемента, една от неговите съставни части се освобождава в свободно състояние, а на негово място, в еквивалентно количество, този елемент или тази комбинация от елементи, под влиянието на които се извършва такова освобождаване и която се нарича изместител; по-специално, обичайно е да се считат за изместване само онези реакции, когато изместеното тяло и изместителят са представители на една и съща химическа функция или дори на един и същ химичен тип. Така например, ако под действието на тялотоCвърху съединениетоABBсе освободи в свободна форма и се получиAC,, тогава ще наречем тази реакция изместване само когатоCиBса съответно: водород и метал, метал и метал, киселина и киселина и т.н. Трябва да се отбележи, че B.обикновено се наблюдава в присъствието на трети тела, например. разтворители и затова е по-правилно да се разглежда като частни случаи на двойна обменна реакция, законите на която ще бъдат посочени с думите: дисоциация, разпределение и химичен афинитет. По-голямата част от реакцията на изместване е придружена от отделяне на топлина. Така например 2Na или 46 грама натрий, разтваряйки се в излишната вода и измествайки 2 грама водород, освобождава 65 000 единици топлина (65 големи калории, както се казва).
2Na + 2H 2 O + Aq \u003d H 2 + 2 NaHO + Aq
65 грама цинк, разтваряне в слаба сярна киселина и изместване на водорода в същото време (виж тази дума и Вода), освобождават 38 големи калории.
56 грама желязо в същата реакция
— 25 големи калории и т.н. Обикновено се наблюдава, че скоростта, с която протичат реакциите при нормална температура иобикновеното налягане до голяма степен се определя от количеството генерирана топлина; така че от трите горни реакции първата е най-енергична [Реакцията не отива до края, т.е. не се получава натриев оксид Na 2 O, който би бил продукт на пълното изместване на водорода от водата, тъй като водородът, както показа Бекетов, от своя страна измества при експериментални условия половината от натрия от натриев оксид, образувайки сода каустик
Na2O + H = NaNO + Na;
реакцията е придружена от отделяне на топлина (около 3 големи калории).]; но освен това те зависят от много други условия и особено от агрегатното състояние и свойствата на веществата, които реагират едно с друго и се образуват. Например, цинкът, потопен във вода на парчета или плочи, действа върху него при обикновена температура изключително слабо, действието се извършва само върху повърхността му и скоро спира, тъй като полученият оксид спира водата от достъп до непроменения метал; междувременно същият цинк, фино натрошен, под формата на така наречения цинков прах, очевидно е способен да разлага водата с отделяне на водород и образуване на цинков оксид (вода). Същото обяснява факта, че алуминият не действа върху вода, докато реакцията
A l + 3H 2 O \u003d 3H + Al (OH) 3
трябва да осигури около 200 големи калории на 27 грама алуминий. Ако обаче оксидният слой се отстрани, например чрез разтварянето му, тогава реакцията става не само възможна при обикновена температура, но и ще се засили поради топлината, отделена при разтварянето на оксида. Това обяснява защо много метали, които не са в състояние да изместят водорода от водата при обикновени температурни условия, го разлагат в присъствието на киселини и разяждащи основи, ако последните разтварят получените оксиди [Изместването на водород от метали от киселинни течности обикновено се разглежда катозамяна на водородни киселини с метали, но трябва да се отбележи, че безводни, т.е. несъдържащи вода като разтворител (на техните нормални хидрати), чисти метали или не действащи на кислород киселини, например. цинк до силна сярна киселина или, ако реакцията настъпи, не се отделя водород, а продукти на киселинна дезоксидация; Халоводородните киселини също очевидно не се разлагат с метали: хлороводородът, дори когато се нагрява с натрий, освобождава водород трудно (Шмид); среброто, според Bussengo, започва да действа върху хлороводорода не по-ниско от 500 ° - 550 °, а реакцията за образуване на сребърен хлорид е ограничена от границата (не е известно колко сух е бил хлороводородът в Bussengo); живакът не действа върху хлороводорода нито при обикновена температура, нито дори при нагряване до 400 °.Изместването на водорода става ясно видимо само ако изпаренията на хлороводорода и живака преминават през порцеланова тръба, нагрята до 800 ° - 1000 ° (Bertelo). Следователно е почти по-правилно да се върнем, както е направено в текста, към възгледа на Лавоазие, който смята, че водородът се отделя за сметка на водата, в която е разтворена взетата киселина.]. Освен горния натрий, при обикновена температура от водата се отделя и водород: литий, калий, рубидий, цезий (така наречените алкални метали); стронций и барий (алкалоземни метали); магнезий, калций, манган - при точката на кипене на водата, а цинк и желязо - при нажежаване (за желязото вижте по-долу). В присъствието на алкали водородът се измества от водата: алуминий, цинк, калай, тъй като оксидите на тези метали дават разтворими съединения с алкали. По отношение на киселините водните разтвори на киселини, които не съдържат кислород, които са халогеноводородни киселини (HF, HCl, HBr, HJ), отделят водород с по-голямата част от металите; в присъствиетокислородни киселини, реакцията става по-сложна, тъй като са възможни реакции на киселинна редукция, дължащи се на окисляването на взетия метал; това явление се случва например с азотна киселина, която при никакви условия на разреждане не дава водород с метали; силната сярна киселина действа само окислително (серна киселина се освобождава например под действието на сребро, мед, живак, олово и бисмут); по-слабият (т.е. разреден с вода) отделя с повечето метали, върху които действа (не се променя, с изключение на току-що дадените метали, също злато и метали от група VIII на периодичната система), водород, към който обаче често се смесва сероводород.
Изместването на метали с метали зависи от различни условия, като: температурата, неутралността или киселинността на дадения разтвор, природата на солта, от която се отделя металът и т.н. Като добре известен пример за реакция на такова изместване можем да цитираме отделянето на мед от метално желязо от разтвор на меден сулфат (CuSO 4); цинкът и кадмият изместват оловото от неговите соли на оцетна киселина и азотна киселина; цинкът също измества желязото от железен хлорид и железен сулфат (азотен оксид) и др. Освен това реакциите В на метали с по-голямо специфично тегло най-често са лесно възпроизводими - метали с по-ниско специфично тегло (Бекетов). [Според Одлинг среброто в разтвор на азотен оксид на живак е покрито с амалгамен слой, а в подкислен разтвор на меден хлорид - с тънък слой мед; антимон и бисмут в същия разтвор на мед (особено при кипене) изместват последния; медта отделя калай от концентриран подкислен разтвор на калаен дихлорид и олово от силно кисел разтвор на оловен хлорид; медта, калайът и оловото отделят кадмий от кипящ, леко подкиселен разтвор на кадмиев хлорид със средна концентрация;калайът освобождава олово от кипящ кисел разтвор на оловен хлорид. Всички тези реакции са обратни на тези, които протичат при обикновени условия.]. Почти всички горепосочени реакции протичат само в една посока: например, ако действате с натрий върху вода, тогава тя ще освободи от нея еквивалентно количество водород, което не е в състояние да измести натрия обратно от образуваната сода каустик. Обратното се наблюдава в някои други случаи, особено ако реакцията протича в ограничено пространство [Вече Дюма, Магнус и други наблюдаваха, че разтвор на сребърен нитрат утаява сребро, ако през него премине водород (на тъмно), но че разтвор на сребърен сулфат не се променя. Бекетов обаче показа, че среброто също се измества от последния разтвор, дори наситен, при обикновена температура (1 час Ag 2SO4 на 50 часа H 2 O), ако водородът действа върху него под налягане от около 10 атмосфери. Тамман и Нернст наричат парциалното налягане на водорода, при което той е в равновесие с разтворения метал, "максимум". Това максимално налягане очевидно служи като мярка за работата, която може да се получи чрез изместване на водорода с метал, и тъй като, от друга страна, електровъзбудителната сила на така наречените обратими галванични клетки служи като мярка за същата работа, се оказва, че величината на "максималната" еластичност е тясно свързана с електровъзбудителната сила.]; тогава при определени условия изместеното тяло от своя страна може да се превърне в изместител и ще се получи случаят на така нареченото химично равновесие (виж тази дума). Например, нека анализираме ефекта на металното желязо върху ограничено количество водна пара и реакцията Изместване на халогенидите един от друг от халогенидни метали. Още през 1783 г. Лавоазие и Мьоние показаха, че ако действаме върху металжелязо с нажежено нагряване с водна пара, след което се получава желязна скала Fe 3 O 4 (азотен оксид) и се отделя водород; реакцията е предложена от тях като начин за получаване на последния за пълнене на балони (charliers). Но ако реагирате с излишък на желязо на ограничено количество водна пара, тогава, както показа г-н Сен-Клер Девил, отделянето на водород спира веднага щом неговата еластичност достигне определена стойност, която не се променя, докато температурата остава постоянна и която не зависи напълно от количеството взето желязо; ако част от водорода се отстрани от тръбата, в която се провежда експериментът (в Девил тя беше свързана в единия край със съд, в който водата беше при 0 ° C), тогава ще се разложи ново количество вода; ако, напротив, се въведе определено количество водород, така че неговото налягане да надвишава налягането, съответстващо на равновесието (при дадена температура), тогава този водород ще редуцира част от железния оксид (образувайки водна пара), докато налягането на водорода стане равно на първоначалното. Същите явления се наблюдават, ако вземете тръба с излишък от железен оксид и, като я напълните с водород, кондензирате при 0 ° C водата, образувана при нагряване на устройството, а именно: