Verdrängungsreaktion

Definition und Grundschema

Eine Verdrängungsreaktion, auch Verschiebungsreaktion genannt, ist eine chemische Reaktion, bei der ein Stoff durch einen anderen verdrängt wird. Das allgemeine Reaktionsschema lautet:

XY + Z → XZ + Y

Im engeren Sinn bezeichnet der Begriff vor allem Säure-Base-Reaktionen. Dabei verdrängt im Allgemeinen die stärkere Säure beziehungsweise Base eine schwächere Säure beziehungsweise Base aus deren Salz. Die Reaktion beruht darauf, dass das Löslichkeitsprodukt mit einer starken Säure oder Base in der Regel niedriger ist als bei einer Salzverbindung mit einer schwachen Säure oder Base.

Eine Ausnahme vom einfachen Stärkeprinzip ist möglich, wenn eine schwächere, nicht oder nur schwer flüchtige Säure beziehungsweise Base eine leicht flüchtige stärkere Säure beziehungsweise Base aus ihrem Salz verdrängt. Da es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, kann die flüchtige Komponente ständig aus dem Gleichgewicht entfernt werden. Dadurch wird die Reaktion in Richtung der Produkte verschoben.

Wichtige Formen

Bei einer doppelten Verdrängungsreaktion, auch Metathesereaktion genannt, werden zwei Bestandteile, meist Ionen, gleichzeitig ausgetauscht. Solche Reaktionen laufen häufig in Lösung ab. Dazu gehören Fällungsreaktionen, bei denen ein schwer löslicher Stoff entsteht, und Neutralisationsreaktionen, bei denen Wasser gebildet wird.

Als nucleophile Verdrängungsreaktionen bezeichnet man nucleophile Substitutionen. Dabei verdrängt eine Lewis-Base, also ein Elektronenpaar-Donator, eine andere, schwächere Lewis-Base.

Säure-Base-Beispiele

Bei der Nachweisreaktion für Acetate verdrängt eine starke Säure wie Schwefelsäure die schwache Essigsäure aus ihren Salzen:

CH₃COO⁻ + HSO₄⁻ ⇌ CH₃COOH + SO₄²⁻

Das Acetat-Ion wird durch Hydrogensulfat protoniert, nimmt also ein Proton auf. Dabei entstehen Essigsäure und Sulfat.

Nach demselben Prinzip setzt Schwefelsäure aus Sulfiten Schwefeldioxid beziehungsweise Schweflige Säure und aus Chloriden Chlorwasserstoff beziehungsweise Salzsäure frei. Konzentrierte Chlorwasserstoffsäure setzt aus Sulfiden Schwefelwasserstoff und aus Cyaniden Cyanwasserstoff frei. Ätznatron verdrängt als starke Base aus Aminen und Ammoniumverbindungen die schwache Base Ammoniak.

Weitere Anwendungsbereiche

Verdrängungsreaktionen treten auch bei Komplexbildungsreaktionen auf. Beim Ligandenaustausch verdrängt der „stärkere“ Komplexbildner den schwächeren.

Auch Adsorptions- und Desorptionsvorgänge können durch Verdrängung beeinflusst werden. Adsorption ist die Anlagerung eines Sorptivs, also des angelagerten Stoffes, an die Oberfläche eines Sorbens, also des aufnehmenden Materials. Sie ist ein reversibler Gleichgewichtsprozess, der durch Konzentrationsänderungen, Temperatur oder Verdrängungsreaktionen beeinflusst und verschoben werden kann. Davon wird die Absorption unterschieden: Sie bezeichnet die irreversible Bindung, Aufnahme oder Einlagerung des Sorptivs an, durch oder in das Sorbens. Desorption ist der umgekehrte Prozess zur Adsorption. Dabei werden adsorbierte Stoffe vom Sorbenten abgelöst beziehungsweise verdrängt.

Außerdem gehört die Reaktion von Alkoholen mit Halogenwasserstoffsäuren zur Klasse der Verdrängungsreaktionen.