Fun! gyenge sav kontra gyenge bázis!

Ammónium-cianid, $\ce{NH4CN}$, olyan szilárd anyag, amelyben az atomok ugyanazokká az ionokká csoportosulnak, amelyek oldatban is keletkeznek: $\ce{NH4+}$ és $\ce{CN-}$. Bár nagyon enyhe felmelegítéssel szublimálható, meglehetősen instabil. Különösen a légköri vízgőzzel lép reakcióba, ammónia és HCN keletkezik. Veszélyes dolog!

Az 1. kérdésre adott válasz első része a $\ce{NH4CN}$ bomlása ionokra vizes oldatban, ami nyilvánvalónak kell lennie; az egyik finomság az, hogy az egyes fajok mellé érdemes (s) és (aq) betűket írni, különösen, ha a professzorunk ezt kiemeli. Ez tehát a disszociáció. A feladatban szereplő adatok nem teszik lehetővé, hogy kiszámítsuk a disszociáció egyensúlyi állandóját, de az biztos, hogy rendkívül magas, vagyis a disszociáció teljes: nincs $\ce{NH4CN}$ mint olyan az oldatban.

A sav-bázis egyensúlyi egyenletek lehetnek azok, amiket írtál. Ismét érdemes további információkat hozzáadni, például így:

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

Itt az egyensúlyi állandó $K$ az ammónia protonált formájának (más néven konjugált sav), az ammónia $\ce{NH4+}$ savának savi disszociációs állandója. Az értékét úgy kaptam, hogy a $K_\\mathrm w$-t, a víz disszociációs állandóját ($1.0\times10^{-14}$) elosztottam az ammóniának a feladatban megadott $K_\mathrm b$ értékével.

A ciániont érintő egyensúlyi állapotra vonatkozóan is hasonló adatokat javasolok. Tipp: ha a reakciót úgy tartjuk meg, ahogyan leírtuk, akkor a megfelelő $K$ nem a $\ce{HCN}$ $K_\mathrm a$ értéke, hanem a deprotonált forma (konjugált bázis), a $\ce{CN-}$ $K_\mathrm b$ értéke.(De tekinthetjük ehelyett az alternatív reakciót $\ce{HCN + H2O <=> CN- + H3O+}$, és akkor az egyensúlyi állandó a $\ce{HCN}$ $K_\mathrm a$ értéke.)

Hogyan áll a 2. rész? Az egyetlen helyes válasz a

A só savként vagy bázisként reagál?

kérdésre: “Mindkettő lehet, attól függően, hogy mivel reagál”. De lehet, hogy arra gondolnak, hogy a só oldata savas vagy bázikus. Ha igen, akkor az egyik módja annak, hogy kiderítsük, hogy a két egyensúlyi egyenletet és azok $K$-ját kombináljuk. Nem akarom teljesen elárulni a problémát, de gondolkozzunk így:

• Melyik a pH-ja egy (mondjuk) 1 M-os $\ce{HCN}$ oldatnak, a $\ce{HCN}$ $K_\mathrm a$ értéke alapján?

  (Feltételezem, hogy egy tiszta gyenge sav vagy egy tiszta gyenge bázis oldata pH-jának kiszámítását már tárgyaltuk a kurzuson, mielőtt a mai kérdésedhez értünk.)

• Melyik a $\ce{NH3}$ 1 M-os oldatának pH-ja a $K_\mathrm b$ alapján?

• A $\ce{HCN}$ erősebb sav, mint a $\ce{NH3}$ bázis, vagy a $\ce{NH3}$ erősebb bázis, mint a $\ce{HCN}$ sav? Ennek alapján melyiket várnád, hogy “győzzön”, ha egyenlő arányban kevered a kettőt?

(A lényeg itt az, hogy amit $\ce{NH4CN}$ feloldásával kapsz, az megkülönböztethetetlen attól, amit $\ce{HCN}$ és ammónia egyenlő mennyiségű, ekvimoláris oldatainak keverésével kapnál. Más szóval, ha 1 liter 2 M-os $\ce{HCN}$ oldatot összekeverünk 1 liter 2 M-os ammóniaoldattal, az eredmény nagyon közel 2 liter 1 M-os $\ce{NH4CN}$ oldat lesz. Lábjegyzet: “nagyon közel”, mert a térfogat nem mindig marad meg pontosan, ellentétben a tömeggel.)