Reações de dupla troca (metátese): teoria, exemplos e aplicações

As reações de dupla troca envolvem a troca de íons entre dois compostos, gerando novos produtos. Reações desse tipo se manifestam com fenômenos comuns como a formação de precipitados e desprendimento de gases.

Esse tipo de reação tem grande importância prática. Elas estão por trás de processos industriais, do tratamento de água, da produção de medicamentos e até de reações que acontecem dentro do nosso corpo, como a neutralização da acidez estomacal.

Neste texto, você vai entender o que são as reações de dupla troca, as condições para que elas ocorram, os principais produtos formados, as regras de solubilidade e observar exemplos práticos. Acompanhe abaixo.

Reações de dupla troca

Também chamadas de reações de metátese, elas são um dos tipos mais importantes e recorrentes de reações inorgânicas. Seu nome já sugere o que acontece: há uma troca de “parceiros” entre os íons de dois compostos.

De forma geral, podemos representá-las pela equação:

AB + CD→ AD + CB

Onde: AB e CD são compostos iônicos ou moleculares polares que, em solução, se dissociam em íons. Durante a reação, os cátions e ânions trocam de lugar, formando novos compostos.

É importante não confundir com a reação de simples troca, onde apenas um elemento mais reativo desloca outro. Na dupla troca, a diferença está na simetria: dois compostos se reorganizam simultaneamente.

Condição de ocorrência da reação

Nem toda troca entre íons resulta em uma reação observável. Em muitos casos, os íons permanecem em solução sem alterações perceptíveis. A reação de dupla troca ocorre de forma efetiva apenas quando há a formação de pelo menos um dos seguintes produtos:

• Um precipitado: sólido insolúvel que se separa da solução;
• Um gás: substância volátil que escapa rapidamente do meio; e
• Um eletrólito fraco: composto que praticamente não se ioniza em água, como a própria água formada em uma reação de neutralização.

Esses fatores retiram produtos do equilíbrio da solução, fazendo com que a reação ocorra de forma efetiva.

Precipitação

O precipitado é o sólido que se forma em uma solução aquosa após a reação. Ele geralmente aparece como uma nuvem branca ou colorida no fundo do recipiente.

Para prever se haverá precipitação, usamos as regras de solubilidade, que são essenciais em provas:

• Sempre solúveis: sais de metais alcalinos (Li⁺, Na⁺, K⁺, etc.), sais de amônio (NH₄⁺), sais de nitratos (NO₃⁻), acetatos (CH₃COO⁻) e percloratos (ClO₄⁻);
• Geralmente solúveis: cloretos, brometos e iodetos, exceto com Ag⁺, Pb²⁺ e Hg₂²⁺, e sulfatos (SO₄²⁻), exceto com Ba²⁺, Pb²⁺, Ca²⁺ e Sr²⁺; e
• Geralmente insolúveis: carbonatos (CO₃²⁻), fosfatos (PO₄³⁻) e hidróxidos (OH⁻), salvo quando ligados a metais alcalinos ou NH₄⁺.

Exemplo:

AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO₃(aq)

O produto AgCl é insolúvel e se deposita como um precipitado branco.

Formação de Gás

Outra forma de perceber uma reação de dupla troca é a formação de um gás. Isso pode acontecer de duas formas:

• Formação direta: como quando se forma H₂S (gás sulfídrico).

Na₂S(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H₂S(g)

• Formação indireta: quando se forma um composto instável que rapidamente se decompõe.
  1. H₂CO₃ → H₂O + CO₂ (gás carbônico)
  2. H₂SO₃ → H₂O + SO₂ (gás sulfuroso)
  3. NH₄OH → H₂O + NH₃ (amônia gasosa)

Exemplo:

Na₂CO₃(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

Aqui, o CO₂ escapa da solução, fazendo a reação prosseguir.

Neutralização

A neutralização ácido-base é um caso clássico de reação de dupla troca que leva à formação de água. Como a água é um eletrólito fraco, quase não se dissocia, funcionando como força motriz.

Exemplo:

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)

Nesse caso, temos uma neutralização total, já que ácido forte reage com base forte.

Forma molecular, iônica completa e iônica líquida das reações

Nas reações químicas, principalmente de neutralização, podemos escrever as equações de diferentes formas. Dominar essas particularidades permite enxergar o que realmente está acontecendo na solução.

Entender os três níveis de escrita de uma reação química é importante, pois cada representação mostra a reação em um nível diferente de detalhe. Observe:

• Molecular: apresenta os reagentes e produtos na forma de compostos, sem destacar os íons em solução. Ex.:

BaCl₂(aq) + Na₂SO₄(aq) → 2NaCl(aq) + BaSO₄(s)

• Iônica completa: mostra os compostos que estão dissolvidos na água como íons separados (quando se trata de eletrólitos fortes) permitindo identificar o que está livre e o que permanece como molécula. Ex.:

Ba²⁺(aq) + 2Cl^–(aq) + 2Na⁺(aq) +SO₄^2-(aq) → 2Na⁺(aq) + 2Cl^–(aq) + BaSO₄(s)

• Iônica líquida: é a versão simplificada, onde os íons espectadores, que não participam efetivamente da reação são eliminados e permanecem apenas as espécies que realmente reagem e formam o produto. Ex.:

Ba²⁺(aq) + SO₄^2-(aq) → BaSO₄(s)

Aplicações e contextualização das reações de dupla troca

As reações de dupla troca estão presentes em diversos contextos práticos, tanto no cotidiano quanto em aplicações industriais e ambientais. Esse tipo de reação é fundamental para compreender como processos simples e complexos acontecem ao nosso redor como:

• Tratamento de água: precipitação de íons indesejados;
• Análise qualitativa: identificação de íons por precipitados coloridos (como sais de cobre e prata);
• Digestão: neutralização do excesso de ácido gástrico por bases presentes em antiácidos; e
• Indústria: produção de sais, gases e compostos úteis.

Resolução de questões de dupla troca

Para não errar questões do Enem e de vestibular sobre dupla troca, é importante se atentar a algumas dicas:

• Identifique o tipo de reação: dois compostos trocando íons entre si indica uma reação de dupla troca;
• Verifique a força impulsionadora: há precipitado, gás ou eletrólito fraco?;
• Use as regras de solubilidade: preveja os precipitados;
• Escreva corretamente as equações: molecular, iônica completa e iônica líquida; e
• Faça cálculos estequiométricos, quando exigidos.

Questões do vestibular sobre reações de dupla troca

Unaerp (Medicina 2022.2)

As reações de dupla troca são aquelas que ocorrem entre substâncias compostas, havendo uma troca de espécies químicas que resulta na formação de novas substâncias compostas. A seguir, estão alguns exemplos de reações.

I. BaS + H₂SO₄ → BaSO₄↓+ H₂S
II. Na₂S + 2HCl → 2NaCl + H₂S
III. 2NaCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2HCl
IV. KNO₃ + NaCl → KCl + NaNO₃
V. Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂(g)

Em relação às reações, é correto afirmar que

A) a reação V não ocorre, já que há produção de um gás.
B) a reação III ocorre, já que o ácido clorídrico é fraco.
C) a reação II não ocorre, já que o H2S é um eletrólito mais forte que um dos reagentes.
D) a reação IV ocorre, já que ambos os produtos são solúveis.
E) a reação I ocorre, já que um dos produtos é insolúvel.

Mackenzie (2015)

Ao elaborar um resumo sobre a ocorrência das reações químicas de dupla troca, um estudante afirmou que essas reações somente ocorrem se:

I. reagentes solúveis formarem pelo menos um produto insolúvel.
II. reagentes voláteis formarem pelo menos um produto não volátil.
III. reagentes muito dissociados/ionizados formarem pelo menos um produto menos dissociado/ionizado.

De acordo com as informações acima, a única reação química de dupla troca que não ocorrera é:

A) AgNO₃ + NaCℓ → NaNO₃ + AgCℓ
B) H₂SO₄ + Na₂CO₃ → Na₂SO₄ + H₂CO₃
C) HCℓ + Na(CH₃COO) → NaCℓ + CH₃COOH
D) KNO₃ + NaCl → NaNO₃ + KCℓ
E) H₂SO₄ + 2 KCN → K₂SO₄ + 2 HCN

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