Sjovt! svag syre versus svag base!

Ammoniumcyanid, $\ce{NH4CN}$, er et fast stof, hvor atomerne er grupperet til de samme ioner, som dannes i opløsning: $\ce{NH4+}$ og $\ce{CN-}$. Selv om det kan sublimeres ved meget mild opvarmning, er det ret ustabilt. Især reagerer det med atmosfærisk vanddamp og udvikler ammoniak og HCN. Farligt stof!

Den første del af svaret på 1. er nedbrydningen af $\ce{NH4CN}$ til ioner i vandig opløsning, hvilket burde være indlysende; en finesse er, at du måske ønsker at tilføje (s) og (aq) ved siden af hver art, især hvis din professor gør en pointe ud af at gøre det. Så det er dissociationen. Dataene i opgaven gør det ikke muligt at beregne ligevægtskonstanten for dissociationen, men det er sikkert at sige, at den er ekstremt høj, dvs. dissociationen er fuldstændig: der er ingen $\ce{NH4CN}$ som sådan i opløsningen.

Syre-base-ligevægtskonstanterne kan være dem, du har skrevet. Igen kan du evt. tilføje flere oplysninger, f.eks. sådan her:

$$$\ce{NH4+ (aq) + H2O <=> NH3 (aq) + H3O+ (aq)}\kvad K=5.5\times10^{-10}$$$$

Her er ligevægtskonstanten $K$ syredissociationskonstanten for syren $\ce{NH4+}$, den protonerede form (også kaldet konjugeret syre) af ammoniak. Jeg fik dens værdi ved at dividere $K_\mathrm w$, dissociationskonstanten for vand ($1.0\times10^{-14}$), med $K_\mathrm b$ for ammoniak, som er angivet i opgaven.

Jeg opfordrer dig til at tilføje lignende oplysninger for ligevægten med cyanid-ionen. Tip: Hvis du beholder reaktionen, som du skrev den, er den passende $K$ ikke $K_\mathrm a$ for $\ce{HCN}$, men $K_\mathrm b$ for den deprotonerede form (konjugeret base), $\ce{CN-}$.(Men man kan i stedet betragte den alternative reaktion $\ce{HCN + H2O <=> CN- + H3O+}$$, og så er ligevægtskonstanten $K_\mathrm a$ af $\ce{HCN}$.)

Hvad med del 2? Det eneste korrekte svar på

Vil saltet reagere som en syre eller en base?

er “Det kan gøre begge dele, afhængigt af hvad det reagerer med”. Men måske er det, de mener, om opløsningen af saltet er sur eller basisk. Hvis det er tilfældet, er en måde at finde ud af det på, at kombinere de to ligevægtsligninger og deres $K$s. Jeg vil ikke give problemet helt væk, men tænk på det på denne måde:

• Hvad er pH-værdien af en (lad os sige) 1 M opløsning af $\ce{HCN}$, baseret på $K_\mathrm a$ af $\ce{HCN}$?

  (Jeg går ud fra, at beregningen af pH-værdien af en opløsning af en ren svag syre eller en ren svag base er blevet behandlet i kurset, før vi kommer til det spørgsmål, du har stillet i dag.)

• Hvad er pH-værdien af en 1 M opløsning af $\ce{NH3}$, baseret på $K_\mathrm b$?

• Er $\ce{HCN}$ en stærkere syre end $\ce{NH3}$ er en base, eller er $\ce{NH3}$ en stærkere base end $\ce{HCN}$ er en syre? På baggrund heraf, hvad ville du så forvente at “vinde”, hvis du blander de to i lige store mængder?

(Pointen her er, at det, du får ved at opløse $\ce{NH4CN}$, ikke kan skelnes fra det, du ville få ved at blande lige store mængder af ækimolære opløsninger af $\ce{HCN}$ og ammoniak. Med andre ord, hvis man blander 1 L af en 2 M opløsning af $\ce{HCN}$ med 1 L af en 2 M opløsning af ammoniak, er resultatet meget tæt på 2 L af en 1 M opløsning af $\ce{NH4CN}$. Fodnote: “meget næsten”, fordi volumen ikke altid bevares nøjagtigt, i modsætning til masse.)