A Resolução CONAMA 357/2005 traz as seguintes informaçōes para as concentrações máximas de nitrogénio amoriaczal total em águas doces de classe l:
(3,7 mg / L) de N para (pH ≤ 7,5)
(2,0 mg / L) de N , para (7,5<pH ≤ 8,0)
(1,0 mg / L) de N para (8,0<pH ≤ 8,5)
(0,5 mg / L) de N para (pH>8,5)
Marque a alternativa que melhor explica estes diversos valores para urna mesma classe de águas:
◯ a. Quanto maior o pH do sistema, maior a concentração de amônia livre que é tóxica para os peixes mesmo em baixas concentrações.
◯ b. Quanto menor o pH do sistema, maior a concentração de amônia livre que é tóxica para os peixes mesmo em baixas concentrações.
◯ C. A legislação é maleável em relação à concentração de nitrogênio amoniacal, pois este não traz grandes problemas para a vida aquática
◯ d. Quanto maior o pH do sistema, menor a concentração de amônia livre que é tóxica para os peixes mesmo em baixas concentrações.

Passo 1

O enunciado fornece os limites máximos de nitrogênio amoniacal total (N) para águas doces de classe I dependendo do pH (peguei esses números do enunciado):
  • Para \mathrm{pH \le 7,5}: \,3{,}7\\ \mathrm{mg/L} de N.
  • Para 7{,}5<\mathrm{pH \le 8{,}0}: \,2{,}0\\ \mathrm{mg/L} de N.
  • Para 8{,}0<\mathrm{pH \le 8{,}5}: \,1{,}0\\ \mathrm{mg/L} de N.
  • Para \mathrm{pH>8{,}5}: \,0{,}5\\ \mathrm{mg/L} de N.
A pergunta é: qual alternativa melhor explica por que esses valores máximos mudam com o pH? As alternativas são:
a. Quanto maior o pH do sistema, maior a concentração de amônia livre que é tóxica para os peixes mesmo em baixas concentrações.
b. Quanto menor o pH do sistema, maior a concentração de amônia livre que é tóxica para os peixes mesmo em baixas concentrações.
c. A legislação é maleável em relação à concentração de nitrogênio amoniacal, pois este não traz grandes problemas para a vida aquática.
d. Quanto maior o pH do sistema, menor a concentração de amônia livre que é tóxica para os peixes mesmo em baixas concentrações.

Passo 2

Explicação básica e física-química que precisamos entender (sem pular etapas).
Amônia total dissolvida existe principalmente em duas formas em água:
  • a forma não ionizada, amônia livre \mathrm{NH_3} (neutra), e
  • a forma ionizada, íon amônio \mathrm{NH_4^+} (cargada).
A reação ácido-base é
\mathrm{NH_3 + H^+ \rightleftharpoons NH_4^+}.
  • \mathrm{NH_3} é a forma que atravessa membranas biológicas com facilidade e é muito mais tóxica para peixes.
  • \mathrm{NH_4^+} é carregada e menos facilmente absorvida, portanto muito menos tóxica.
Logo, para avaliar toxicidade não basta saber o nitrogênio amoniacal total, importa qual fração está como \mathrm{NH_3}.

Passo 3

Relacionando pH com a fração de \mathrm{NH_3}: use a relação tipo Henderson–Hasselbalch.
A constante de dissociação do par \mathrm{NH_4^+}/\mathrm{NH_3} é caracterizada por \mathrm{p}K_a. A forma conveniente é
\mathrm{pH = pK_a + \log\frac{[NH_3]}{[NH_4^+]}}.
Reescrevendo para a razão \dfrac{[NH_3]}{[NH_4^+]}:
\frac{[NH_3]}{[NH_4^+]}=10^{\mathrm{pH}-\mathrm{p}K_a}.
A fração de amônia não ionizada no total amoniacal é
f=\frac{[NH_3]}{[NH_3]+[NH_4^+]}.
Substituindo a razão:
f=\frac{1}{1+10^{\mathrm{p}K_a-\mathrm{pH}}}.
Observação prática: a \mathrm{p}K_a do sistema \mathrm{NH_4^+}/\mathrm{NH_3} é aproximadamente \mathrm{p}K_a\approx 9{,}25 a 25^\circ\mathrm{C} (esse valor varia um pouco com temperatura, mas a ideia qualitativa não muda).

Passo 4

Calcular alguns exemplos para ver o comportamento (contas sem calculadora pesada, aproximações razoáveis).
  1. Para \mathrm{pH}=7{,}5:
f=\frac{1}{1+10^{9{,}25-7{,}5}}=\frac{1}{1+10^{1{,}75}}.
Sabendo 10^{1{,}75}\approx 56, então
f\approx\frac{1}{1+56}=\frac{1}{57}\approx 0{,}017\\ (\text{ou }1{,}7\%).
  1. Para \mathrm{pH}=8{,}5:
f=\frac{1}{1+10^{9{,}25-8{,}5}}=\frac{1}{1+10^{0{,}75}}.
Sabendo 10^{0{,}75}\approx 5{,}6, então
f\approx\frac{1}{1+5{,}6}=\frac{1}{6{,}6}\approx 0{,}151\\ (\text{ou }15{,}1\%).
Interpretação numérica rápida: indo de \mathrm{pH}=7{,}5 para \mathrm{pH}=8{,}5 a fração de \mathrm{NH_3} sobe de ~1,7% para ~15% — um aumento grande da porção tóxica, quase 9 vezes mais \mathrm{NH_3}.

Passo 5

Conectando isso aos limites da resolução CONAMA:
  • Se uma mesma concentração total de N estiver presente, quanto maior o pH, maior será a fração que está na forma \mathrm{NH_3} (a forma tóxica).
  • Portanto, para proteger peixes, quando o pH é maior a legislação exige limites menores de nitrogênio amoniacal total, porque uma fração maior desse total é a forma tóxica.
  • Isso explica a sequência do enunciado: quando \mathrm{pH} aumenta (de \le 7{,}5 até >8{,}5) os valores permitidos de N total diminuem (de 3{,}7 para 0{,}5\\ \mathrm{mg/L}).
Conclusão lógica: a alternativa que afirma que quanto maior o pH, maior a concentração de amônia livre (tóxica) é a que explica corretamente por que os limites variam.

Passo 6

Resumo didático final e incentivo rápido:
  • Ponto-chave para a prova: lembrar a reação \mathrm{NH_3 + H^+ \rightleftharpoons NH_4^+}, a expressão \mathrm{pH = pK_a + \log\frac{[NH_3]}{[NH_4^+]}} e a fórmula da fração f=\dfrac{1}{1+10^{\mathrm{p}K_a-\mathrm{pH}}}.
  • Resultado prático: aumentar pH → aumenta \mathrm{NH_3} → maior toxicidade → legislação exige menor N total.
    Força aí, você está entendendo o raciocínio que a prova quer cobrar!

Resposta

a.

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