Deduza a razão de equilíbrio de concentração de
para
a um pH de 6:
para uma água anaeróbia cujo valor de
.
para uma água anaeróbia cujo valor de
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente descobrir a razão de equilíbrio entre as concentrações de
(amônio) e
(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
e
. Supondo que queremos equilibrar a seguinte reação redox simplificada:
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:
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:
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:
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
.
Finalmente, isolamos a razão $ \frac{[\mathrm{NH}_{4}{+}]}{[\mathrm{NO}{-}]} $ e substituímos os valores de pH e pE dados:
Substituindo pH = 6 e pE = 3:
Resposta
A razão de equilíbrio das concentrações de
para
a um pH de 6 e pE de 3 é
.