Miten seuraavat aineet reagoivat:
[Fe(SCN)]2+ (aq) + KSCN (aq),
[Fe(SCN)]2+ (aq) + Fe(NO3)3 (aq),
[Fe(SCN)]2+ (aq) + Fe(NO3)3 (s),
[Fe(SCN)]2+ (aq) + Na2HPO4 (s)?
Kysymys on hyvin mielenkiintoinen ja pohtii kemiallisten reaktioiden todellista luonnetta. Kemialliset reaktiot ovat aina tasapainoreaktioita. Tämän huomasi ranskalainen kemisti Henry Louis Le Chatelier, joka tutki kemiallisia reaktioita tasapainon näkökulmasta 1800-luvun lopulla. Otetaan ensin lämmittelyesimerkki.
Puun hiilen palaminen hiilidioksidiksi on tasapainoreaktio, vaikka yleensä nuoli piirretäänkin vain eteenpäin (→):
C + O2 ↔ CO2
Jos polttoprosessiin lisätään lähtöainetta, kuten happea, reaktio kiihtyy ja syntyy enemmän tuotteita eli hiilidioksidia. Reaktion tasapainoa voidaan siten siirtää tuotteiden puolelle eli reaktioyhtälössä oikealle. Jos taas polttoprosessiin lisättäisiin hiilidioksidia, reaktion tasapaino alkaisi siirtyä vasemmalle eli lähtöaineisiin. Ilmiö on havaittavissa hiilidioksidisammuttimien toiminnassa.
Kysymyksen reaktioissa on toisena lähtöaineena raudan ja tiosyanaatti-ionin reaktiossa syntyvä rautatiosyanaattikompleksi [Fe(SCN)]2+ (aq). Kompleksin muodostumisreaktiossa
Fe3+ + SCN− ↔ [Fe(SCN)]2+ (aq)
tasapaino on voimakkaasti rautatiosyaatin syntymisen puolella. Liuoksessa on tasapainoperiaatteen mukaisesti myös rauta- ja tiosyanaatti-ioneja.
Kysymyksen ensimmäinen reaktio on kompleksin reaktio kaliumtiosyanaatin kanssa. Kun liuokseen lisätään tiosyanaattia SCN−, tasapaino siirtyy tuotteiden suuntaan. Tiosyanaatti ei siis reagoi rautatiosyanaattikompleksin kanssa, vaan se tukee tämän syntymistä. Kalium-ioni toimii tapauksessa vain ”turistina” ja sivustakatsojana.
Toisessa ja kolmannessa reaktiossa on ensimmäisen reaktion kaltainen tilanne, mutta nyt liuokseen lisätään rautaioneja. Kiinteä rautanitraatti Fe(NO3)3 (s) liukenee helposti veteen, joten käytännössä molemmat reaktiot tarkoittavat samanlaisia tilanteita. Lähtöaineen lisääminen siirtää tasapainoa oikealle eli tuotteiden puolelle. Nitraatti-ioni on nyt turistina, koska sillä ei ole liuoksessa potentiaalisia reagointikohteita.
Neljännessä reaktiossa on erilainen tilanne, sillä natriumioni ja vetyfosfaatti-ioni eivät suoraan vaikuta kompleksin muodostumisen tasapainoon. Fosfaatti-ioni PO43− voi kuitenkin muodostaa rautaioneiden kanssa niukkaliukoista rautafosfaattia emäksisissä liuoksissa, jossa hydroksidi-ioni nappaa liuenneen vetyfosfaatti-ionin vedyn:
HPO42− + OH− ↔ PO43− + H2O
Syntynyt fosfaatti-ioni alkaa reagoida liuoksen vapaiden rautaioneiden kanssa muodostaen kiinteää rautafosfaattia, jos ionitulo täyttyy.
Kun rautatiosyanaatin lähtöainetta eli rautaionia alkaa hävitä, kompleksin muodostumisen tasapaino siirtyy vasemmalle eli lähtoaineiden puolelle. Rautatiosyanaattikompleksia alkaa hävitä, kunnes uusi tasapainotila on muodostunut. Natriumioni on tässä tapauksessa turistina, joten se on jätetty pois reaktioyhtälöstä:
[Fe(SCN)]2+ + HPO42− + OH− ↔ FePO4 (s) + SCN− + H2O
Happamassa liuoksessa [Fe(SCN)]2+ (aq) ei reagoi Na2HPO4 (s):n kanssa.
