Замещение

Замещение, химическая реакция, при которой в частицу какого-либо химического соединения, вместо одного или двух атомов какого-либо элемента, входит атом другого элемента или же группа атомов. Схематические уравнения реакций замещения будут таковы: 1) АВ+С=АС+В и 2) AB+CD=AD+CB. Примером для первой схемы может служить реакция замещения (или, как говорят в этом случае, вытеснения) водорода кислот металлами, например: Н₂SО₄+Zn=ZnSО₄+Н₂, т. е. при действии серной кислоты на цинк получается сернокислый цинк, и выделяется водород. Как показали исследования профессора Н. Н. Бекетова (1865) и В. Ипатьева и В. Верховского (1909), такого рода реакции могут идти и в обратную сторону, т. е. водород может вытеснять металлы из солей, если только он производит высокое давление. Так, водород при давлении в 23 атм. вытесняет (замещает) водород из раствора сернокислого серебра (Бекетов); при давлении в 600 атмосфер при 130°—140° водород вытеснил медь из растворов сернокислой (CuSО₄), уксуснокислой Сu(С₂Н₃О₂)₂ и хлорной (СuСl₂) меди; равным образом никель вытесняется водородом при давлении в 600 атм. и 200° из уксуснокислой, сернокислой и хлористой соли. К реакциям по схеме: AB+CD=AD+CB относятся реакции двойного обмена, или двойного разложения (см.). 3амещение в органических (углеродистых) соединениях было открыто давно (Гей-Люссак), а изучение этого явления французским химиком Ж. Дюма имело громадное значение для истории химии, так как ускорило падение электрохимической теории Берцелиуса и способствовало развитию унитарных взглядов. Ж. Дюма нашел, что «в органическом веществе, подвергнутом действию хлора, брома, иода, отнимается водород, а входят (на каждый объем водорода) равные объемы хлора, брома, иода». Дальнейшие исследования (Лорана и др.) показали, что при этой замене водорода столь ему противоположными по свойствам элементами, как хлор, бром, иод, характер соединения остается тем же самым: так, при замене водорода хлором в уксусной кислоте СН₃.СО₂Н, получаются тоже кислоты: моно - (СН₂Сl.СО₂Н), ди - (СНСl₂.СО₂Н) и три-хлороуксусная (ССl₃.СО₂Н). Если атомов водорода в частице много, то может получиться много замещенных продуктов: например, из метана СН₄ получается СН₃Сl (хлористый метил), СН₂Сl₂ (хлористый метилен), СНСl₃ (хлороформ) и ССl₄ (четыреххлористый метил). Атомы водорода могут замещаться не только такими элементами, как галоиды и другие, но и группами атомов, как-то: ОН (гидроксил), NH₂ (амид, или амин), NО₃ (нитро), SО₃ (сульфо) и т. п. Для решения вопроса о том, сколько атомов водорода может замещать тот или иной элемент или та или другая группа, можно руководиться законом замещения, формулированным Д. И. Менделеевым следующим образом: «Уподобляя частицу системе тел, находящейся в движении, например совокупности солнца, планет и спутников, находящихся в условиях подвижного равновесия, мы должны ждать, что в этой системе действие одной части равно противодействию другой, как это следует по 3-му механическому закону Ньютона. Следовательно, если дана частица сложного тела, например Н₂О, NH₃, NaCl и т. п., то всякие две ее части должны в химическом отношении представлять нечто одинаковое, силы и способности сходственные, а потому всякие две части, на которые можно разделить частицу сложного тела, способны замещать друг друга. Таким образом, водород, образующий с хлором соединение состава НСl, может быть замещен хлором атом за атом; на основании формул воды — Н₂О, аммиака — NH₃, можно сказать, что один атом водорода может замещаться гидроксилом (ОН), группой NH₂, один атом кислорода двумя, а азота тремя атомами водорода. Исследования над явлениями замещения привели к понятию об атомности элементов (см. химия) и теории строения органических соединений.

Ив. Каблуков.