Deduza a razão de equilíbrio de concentração de NH4 ^+ para NO^- a um pH de 6:
para uma água anaeróbia cujo valor de pE=3.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente descobrir a razão de equilíbrio entre as concentrações de NH4^+ (amônio) e NO^- (nitroxil) numa água sem oxigênio, com um pH de 6 e um pE de 3. Isso está dentro do estudo de equilíbrios químicos em soluções aquosas, onde usamos conceitos de pH, pE e a equação de Nernst para resolver.

Passo 2

Primeiro, precisamos entender o que são pH e pE:
  • pH é uma medida da acidez ou basicidade da solução. Um pH de 6 significa que a solução é ligeiramente ácida.
  • pE está relacionado ao potencial de redução (semelhante ao potencial de eletrodo) e indica o ambiente redox da solução. Um pE de 3 sugere condições anaeróbias, ou seja, com pouca presença de oxigênio.

Passo 3

Vamos identificar as reações de redução e oxidação que envolvem as espécies NH4^+ e NO^-. Supondo que queremos equilibrar a seguinte reação redox simplificada:
NH4^+ + NO^- rightarrow NH3 + HNO2
Para aplicar a equação de Nernst, precisamos dos potenciais padrão das reações envolvidas e das concentrações das espécies.

Passo 4

A equação de Nernst para uma reação genérica é:
E = E^circ - RTnF ln Q
Onde:
  • $ E $ é o potencial de redução.
  • $ E^{\circ} $ é o potencial padrão.
  • $ R $ é a constante dos gases (8.314 J/mol·K).
  • $ T $ é a temperatura (vamos assumir 298 K).
  • $ n $ é o número de elétrons transferidos.
  • $ F $ é a constante de Faraday (96485 C/mol).
  • $ Q $ é o quociente de reação.
Como temos pE, que é definido como:
E
Onde $ a_e $ é a atividade dos elétrons, podemos relacionar pE com a equação de Nernst.

Passo 5

Rearranjando a equação de Nernst para relacionar as concentrações das espécies:
pE = nF2.303RT ( log Q ) + E^circ2.303RT
Assumindo que $ E^{\circ} $ e $ n $ são conhecidos ou podem ser cancelados na razão final, podemos simplificar para encontrar a relação entre as concentrações de E^circ e n .
Finalmente, isolamos a razão $ \frac{[\mathrm{NH}_{4}{+}]}{[\mathrm{NO}{-}]} $ e substituímos os valores de pH e pE dados:
NH4^+
Substituindo pH = 6 e pE = 3:
NO^-

Resposta

A razão de equilíbrio das concentrações de NH4^+ para NO^- a um pH de 6 e pE de 3 é 10^9.

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