Acid-base chemistry: Why is the alternative approach to NH4+ concentration wrong?

Hello everyone, why is the alternative (yellow) approach to this calculation incorrect? It produces an absurdly high value.

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indiachinacook
3 months ago

Das richtige Ergebnis ist c(NH₄⁺)=0.085 mol/l, und ich glaube das bekommst Du in Deiner linken Rechnung auch heraus, nur daß Du etwas aggressiv rundest.

Die rechte Rechnung (in gelbbrauner Farbe) verstehe ich dagegen nicht. Sie beginnt mit der Zeile c(OH⁻)=√(Kb⋅c(A⁻)), und damit bin ich überfordert, weil wir erstens die OH⁻-Konzentration gerade eine Zeile darüber berechnet haben und weil zweitens die Formel komplett Gurke ist (was soll den c(A⁻) sein? Wir haben ja kein A⁻ in der Rech­nung). Die Formel sieht irgendwie so aus als ob Du den pH-Wert eines Salzes wie Kaliumcyanid berechnen wolltest, aber so etwas haben wir ja nicht gegeben.

indiachinacook
3 months ago
Reply to  nikolas2134

Jetzt wo Du es mir erklärt hast, sehe ich was Du versucht hast. Es war keine gute Idee.

Die schnelle Antwort ist: Du hast nicht separate Lösungen von NH₄Cl und NH₃, son­dern eine Mi­schung davon. Daher sind Formeln, die etwas über den pH von reinen NH₄Cl- oder NH₃-Lö­sun­gen aussagen, für Dein Problem so hilfreich wie Impuls­erhal­­­tung, Kep­ler-Ge­setze oder Fourier-Transformationen, nämlich gar nicht.

Du tust nämlich so, als ob beim Mischen von NH₄⁺ und NH₃ einfach die in den Aus­gangs­lösun­gen enthaltenen Ionen H₃O⁺ und OH⁻ miteinander unter Neutrali­sa­tion rea­gie­ren wür­den, und die NH₄⁺ und NH₃ dabei nur zusehen. Das ist aber völlig falsch, wein das Kon­zen­tra­tions­verhält­nis NH₃/NH₄⁺ selbst stark pH-abhängig ist; es hat den Zahlenwert Kₐ/‍c(H₃O⁺), wie man leicht aus dem Massenwirkungsgesetz sehen kann: Kₐ=c(NH₃)⋅c(H₃O⁺)/‍c(NH₄⁺).

Was also wirklich passiert, ist, daß sich ein Puffer ausbildet. Deine Lösung enthält 0.05 mol/l NH₃ und 0.085 mol/l NH₄⁺; außerdem hat sie c(OH⁻)=1.05⋅10⁻⁵ mol/l OH⁻ bzw. pH=​9.02. Also haben 1.05⋅10⁻⁵ mol/l NH₃ mit dem Wasser zu NH₄⁺ und NH₃ rea­giert. Das ist sehr wenig (0.02%), also wird c(NH₃)=0.05 mol/l davon nicht merk­lich be­­ein­­flußt. Es ist auch sehr viel weniger, als das NH₃ ohne anwesendes NH₄⁺ reagie­ren wür­de, näm­lich 1.9%; das liegt natürlich daran, daß NH₄⁺ die Reak­tion von NH₃ mit Was­ser unter­drückt