Hauskaa! heikko happo vs. heikko emäs!

Ammoniumsyanidi, $\ce{NH4CN}$, on kiinteä aine, jossa atomit ovat ryhmittyneet samoiksi ioneiksi kuin liuoksessa syntyvät ionit: $\ce{NH4+}$ ja $\ce{CN-}$. Vaikka se voidaan sublimoida hyvin lievässä lämpenemisessä, se on melko epävakaa. Se reagoi erityisesti ilmakehän vesihöyryn kanssa, jolloin syntyy ammoniakkia ja HCN:ää. Vaarallista kamaa!

Vastauksen 1. ensimmäinen osa on $\ce{NH4CN}$:n hajoaminen ioneiksi vesiliuoksessa, minkä pitäisi olla itsestäänselvyys; yksi hienovarainen seikka on se, että saatat haluta lisätä (s) ja (aq) kunkin lajin viereen, varsinkin jos professorisi tekee niin. Siinä on siis dissosiaatio. Ongelman tietojen perusteella emme voi laskea dissosiaation tasapainovakiota, mutta on turvallista sanoa, että se on erittäin korkea, eli dissosiaatio on täydellinen: liuoksessa ei ole sellaisenaan $\ce{NH4CN}$:a.

Happo-emäksiset tasapainoyhtälöt voivat olla kirjoittamasi. Haluat ehkä taas lisätä lisätietoa, esimerkiksi näin:

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

Tässä tasapainovakio $K$ on ammoniakin protonoidun muodon (eli konjugaattihapon) hapon $\ce{NH4+}$ hapon dissosiaatiovakio. Sain sen arvon jakamalla $K_\\mathrm w$, veden dissosiaatiovakio ($1.0\times10^{-14}$), ammoniakin $K_\mathrm b$:lla, joka on annettu tehtävässä.

Kannustan sinua lisäämään samanlaiset tiedot tasapainolle, jossa on mukana syanidi-ioni. Vihje: jos pidät reaktion sellaisena kuin kirjoitit sen, sopiva $K$ ei ole $\ce{HCN}$:n $K_\mathrm a$ vaan deprotonoidun muodon (konjugaattiemäs) $\ce{CN-}$:n $K_\mathrm b$.(Mutta voit sen sijaan tarkastella vaihtoehtoista reaktiota $\ce{HCN + H2O <=> CN- + H3O+}$, jolloin tasapainovakio on $\ce{HCN}$:n $K_\mathrm a$.)

Entä osa 2? Ainoa oikea vastaus kysymykseen

Reagoiiko suola happona vai emäksenä?

on ”Se voi tehdä kumpaakin, riippuen siitä, minkä kanssa se reagoi”. Mutta ehkä he tarkoittavat sitä, onko suolan liuos hapan vai emäksinen. Jos näin on, yksi tapa selvittää se on yhdistää kaksi tasapainoyhtälöä ja niiden $K$:t. En halua paljastaa ongelmaa kokonaan, mutta ajattele asiaa näin:

• Mikä on (vaikkapa) 1 M:n liuoksen $\ce{HCN}$ pH, joka perustuu $\ce{HCN}$:n $K_\mathrm a$:n $\ce{HCN}$:n $K_\mathrm a$:n perusteella?

  (Oletan, että pelkän heikon hapon tai pelkän heikon emäksen liuoksen pH:n laskeminen on käsitelty kurssilla ennen kuin päästiin tämänpäiväiseen kysymykseenne.)

• Mikä on $\ce{NH3}$:n 1 M:n liuoksen pH $K_\mathrm b$:n perusteella?

• Onko $\ce{HCN}$ vahvempi happo kuin $\ce{NH3}$ on emäs, vai onko $\ce{NH3}$ vahvempi emäs kuin $\ce{HCN}}$ on happo? Tämän perusteella kumman odottaisit ”voittavan”, jos näitä kahta sekoitetaan samassa suhteessa?

(Tässä on kyse siitä, että se, mitä saat liuottamalla $\ce{NH4CN}$, ei eroa siitä, mitä saisit sekoittamalla yhtä suuria määriä $\ce{HCN}$:n ja ammoniakin ekvimolaarisia liuoksia. Toisin sanoen, jos sekoitetaan 1 l 2 M:n $\ce{HCN}$-liuosta ja 1 l 2 M:n ammoniakkiliuosta, tuloksena on lähes 2 l 1 M:n $\ce{NH4CN}$-liuosta. Alaviite: ”hyvin melkein”, koska tilavuus ei aina säily tarkasti, toisin kuin massa.)