Reaksi pertukaran tunggal

{\overset {0}{\color {Green}{\ce {Fe}}}}+{\overset {+2}{\color {Orange}{\ce {Cu}}}}{\overset {-2}{\color {Blue}{\ce {SO4}}}}\rightarrow {\overset {+2}{\color {Green}{\ce {Fe}}}}{\overset {-2}{\color {Blue}{\ce {SO4}}}}+{\overset {0}{\color {Orange}{\ce {Cu(v)}}}}

Reaksi pertukaran tunggal, dikenal pula sebagai reaksi penggantian tunggal, adalah suatu reaksi ketika satu unsur digantikan oleh unsur lainnya dalam suatu senyawa. Reaksi ini dituliskan secara umum sebagai:

A + B-C → A-C + B

Reaksi ini umum terjadi apabila A lebih reaktif daripada B, sehingga menghasilkan produk yang lebih stabil.

Dalam reaksi di atas, A dan B harus merupakan:

Logam yang berbeda (hidrogen berperilaku sebagai kation seperti halnya logam), dalam kasus ini C mewakili anion; atau
Halogen, dalam kasus ini maka C mewakili suatu kation.

Dalam kedua kasus di atas, ketika AC dan BC merupakan senyawaan berair (yang umum terjadi), C adalah ion pengamat.

Deret reaktivitas

Tembaga menggantikan perak dalam larutan ketika kawat tembaga dicelupkan dalam larutan perak nitrat, dan padatan perak mengendap ke luar.

Reaksi pertukaran tunggal ketika suatu logam menggantikan logam lainnya, tidak seluruhnya terjadi sesuai persamaan reaksi umum di atas. Terkadang, diperlukan deret reaktivitas untuk menentukan apakah reaksi pertukaran dapat berlangsung atau tidak.

Dalam deret aktivitas maupun deret reaktivitas, logam dengan kecenderungan tertinggi untuk mendonorkan elektron mereka untuk bereaksi berada di urutan pertama, dan logam yang paling tidak reaktif berada di urutan terakhir. Oleh karena itu, logam dengan kecenderungan lebih tinggi pada daftar dapat menukar unsur apa pun pada daftar di bawahnya.^[1]

Dalam deret aktivitas logam, litium (Li) adalah logam yang paling reaktif dan emas (Au) adalah logam yang sangat tidak reaktif. Sama halnya dengan itu, halogen dengan kecenderungan tertinggi untuk menerima elektron adalah halogen yang paling reaktif. Dalam deret aktivitas halogen, dari tertinggi hingga terendah, adalah F, Cl, Br, I.^[2]

Karena keadaan alami dari A dan B yang bebas, seluruh reaksi pertukaran tunggal juga merupakan reaksi reduksi-oksidasi, di mana kuncinya adalah pergerakan elektron dari satu reaktan ke reaktan lainnya.^[3] Ketika A dan B adalah logam, A selalu teroksidasi dan B selalu tereduksi. Karena halogen lebih suka mendapat elektron, A tereduksi (dari bilangan oksidasi 0 menjadi −1) dan B teroksidasi (dari −1 menjadi 0) ketika A dan B mewakili unsur-unsur tersebut. A dan B mungkin memiliki muatan ion yang berbeda dan karenanya perlu untuk menyeimbangkan persamaan tersebut.

Untuk menentukan apakah reaksi ini dapat berlangsung atau tidak, maka bandingkan dua reaksi logam berikut:^[4]

Jika logam berdiri sendiri dan tidak terikat, memiliki deret reaktivitas yang lebih tinggi dari logam lain yang terikat dalam suatu senyawa, maka reaksi akan berlangsung.
Jika logam sendiri memiliki reaktivitas yang rendah, maka reaksi tidak akan berlangsung.

Perhatikan contoh reaksi antara logam tembaga yang dicelup dalam larutan perak nitrat:

{\overset {0}{\color {Orange}{\ce {Cu}}}}+2{\overset {+1}{\color {Silver}{\ce {Ag}}}}{\overset {-1}{\color {Red}{\ce {NO3}}}}\rightarrow {\overset {+2}{\color {Orange}{\ce {Cu}}}}{\overset {-1}{\color {Red}{\ce {(NO3)2}}}}+2{\overset {0}{\color {Silver}{\ce {Ag(v)}}}}

Karena tembaga menggantikan perak dalam kasus ini, maka tembaga dapat dikatakan lebih aktif. Jika dilakukan hal sebaliknya, menempatkan logam perak dalam larutan tembaga(II) nitrat, maka reaksi tidak akan terjadi, karena tembaga lebih aktif dibanding perak, seperti pada deret reaktivitas di atas.

Jenis reaksi

Pertukaran kation

Reaksi pertukaran tunggal dapat menggantikan satu kation, ion bermuatan positif, dengan kation lainnya. Reaksi jenis ini secara umum dapat dituliskan sebagai:

X + YZ → XZ + Y

Unsur X menggantikan Y (dalam senyawa YZ) untuk membentuk senyawa baru XZ dan unsur bebas Y. Reaksi ini merupakan reaksi reduksi-oksidasi di mana unsur Y direduksi dari bentuk kationik menjadi bentuk elemental (bilangan oksidasi 0) dan unsur X dioksidasi dari bentuk elemental menjadi kation. Sebagai contoh adalah reaksi antara logam seng yang dicelupkan ke dalam larutan perak nitrat:

{\overset {0}{\color {Yellow}{\ce {Zn}}}}+2{\overset {+1}{\color {Silver}{\ce {Ag}}}}{\overset {-1}{\color {Red}{\ce {NO3}}}}\rightarrow {\overset {+2}{\color {Yellow}{\ce {Zn}}}}{\overset {-1}{\color {Red}{\ce {(NO3)2}}}}+2{\overset {0}{\color {Silver}{\ce {Ag(v)}}}}

Perlu dicatat bahwa jika reaktan dalam bentuk elemental bukanlah logam yang lebih reaktif, maka reaksi tidak akan terjadi. Perhatikan pula pada deret reaktivitas di atas, hanya logam yang lebih reaktif dari hidrogen yang dapat bereaksi dengan asam untuk menghasilkan gas hidrogen. Sebagai contoh, reaksi antara logam nikel dan asam klorida:

{\overset {0}{\color {Blue}{\ce {Ni}}}}+2{\overset {+1}{\color {Grey}{\ce {H}}}}{\overset {-1}{\color {Orange}{\ce {Cl}}}}\rightarrow {\overset {+1}{\color {Blue}{\ce {Ni}}}}{\overset {-1}{\color {Orange}{\ce {Cl2}}}}+{\overset {0}{\color {Grey}{\ce {H2(g)}}}}

Reaksi antara kawat tembaga dalam larutan asam nitrat, menghasilkan larutan tembaga(II) nitrat berwarna biru dan gas nitrogen dioksida berwarna coklat.

Karena unsur di bawah hidrogen dalam deret tersebut tidak teroksidasi dengan H⁺, tembaga (Cu) tidak dapat bereaksi dengan larutan asam klorida. Perlu dicatat bahwa Cu bereaksi dengan asam nitrat. Reaksi ini, namun, bukanlah reaksi oksidasi sederhana antara Cu dengan H⁺, tapi logam dioksidasi menjadi Cu²⁺ oleh ion nitrat dalam asam tersebut, diikuti dengan pembentukan gas coklat nitrogen dioksida.^[5]

{\overset {0}{\color {Orange}{\ce {Cu}}}}+4{\overset {+1}{\color {Grey}{\ce {H}}}}{\overset {-1}{\color {Red}{\ce {NO3}}}}\rightarrow {\overset {+2}{\color {Orange}{\ce {Cu}}}}{\overset {-1}{\color {Red}{\ce {(NO3)2}}}}+2{\color {blue}{\ce {H2O(l)}}}+2{\color {brown}{\ce {NO2(g)}}}

Pertukaran anion

Reaksi pertukaran tunggal dapat pula menggantikan satu anion, ion bermuatan negatif atau suatu nonlogam, dengan anion lainnya. Reaksi jenis ini secara umum dapat dituliskan sebagai:

A + XY → XA + Y

Unsur A menggantikan Y (dalam senyawa XY) untuk membentuk senyawa baru XA dan unsur bebas Y. Reaksi ini merupakan reaksi reduksi-oksidasi di mana unsur A direduksi dari bentuk elemental menjadi anion dan unsur Y dioksidasi dari anion menjadi bentuk elemental.

Beberapa contoh terkait yang melibatkan halogen diantaranya:

{\begin{array}{l}{\ce {Cl2 + 2NaBr -> 2NaCl + Br2(v)}}\\{\ce {Br2 + 2KI -> 2KBr + I2(v)}}\end{array}}

Kembali, halogen yang kurang reaktif tidak dapat menggantikan halogen yang lebih reaktif:

I₂ + 2KBr → tidak ada reaksi

Lihat pula

Referensi

^ Barke, Hans-Dieter; Hazari, Al; Yitbarek, Sileshi (2008). Misconceptions in chemistry addressing perceptions in chemical education (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-Online-Ausg.). Berlin: Springer. hlm. 227–228. ISBN 3540709894.
^ Brown, Theodore L.; LeMay Jr., H. Eugene; Bursten, Bruce E.; Murphy, Catherine; Woodward, Patrick; Langford, Steven; Sagatys, Dalius; George, Adrian (2013). Chemistry: The Central Science (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-3 (edisi Australia)). Pearson Higher Education. hlm. 122–123. ISBN 9781442559462.
^ Silberberg, M. S. (2002). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-3). McGraw-Hill. hlm. 158-160. ISBN 9780071198943.
^ Moore, John T.; Hren, Chris; Mikulecky, Peter J. (2015). U Can: Chemistry I For Dummies (dalam bahasa Inggris). John Wiley & Sons. hlm. 174. ISBN 9781119079392.
^ H. Wayne Richardson (2005). "Copper Compounds". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (dalam bahasa Inggris). Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a07_567.

[1] Barke, Hans-Dieter; Hazari, Al; Yitbarek, Sileshi (2008). Misconceptions in chemistry addressing perceptions in chemical education (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-Online-Ausg.). Berlin: Springer. hlm. 227–228. ISBN 3540709894.

[2] Brown, Theodore L.; LeMay Jr., H. Eugene; Bursten, Bruce E.; Murphy, Catherine; Woodward, Patrick; Langford, Steven; Sagatys, Dalius; George, Adrian (2013). Chemistry: The Central Science (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-3 (edisi Australia)). Pearson Higher Education. hlm. 122–123. ISBN 9781442559462.

[3] Silberberg, M. S. (2002). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-3). McGraw-Hill. hlm. 158-160. ISBN 9780071198943.

[4] Moore, John T.; Hren, Chris; Mikulecky, Peter J. (2015). U Can: Chemistry I For Dummies (dalam bahasa Inggris). John Wiley & Sons. hlm. 174. ISBN 9781119079392.

[Ullmann-5] H. Wayne Richardson (2005). "Copper Compounds". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (dalam bahasa Inggris). Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a07_567.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]