Encontre a concentração de todas as espécies e o pH, após verifique se as aproximações são adequadas, para uma solução de:
NH4 Cl 0,1 mol L^-1;

Passo 1

Então, temos uma solução de 0,1 mol/L de NH₄Cl e precisamos encontrar as concentrações de todas as espécies presentes e o pH dessa solução. Vamos usar conceitos de química de soluções, especialmente sobre dissociação de sais e equilíbrio ácido-base, para resolver isso.

Passo 2

Primeiro, vamos ver o que acontece quando o NH₄Cl se dissolve em água. O NH₄Cl é um sal que se dissocia completamente em íons:
NH4Cl NH4^+ + Cl^-
Então, inicialmente, teremos 0,1 mol/L de íons NH₄⁺ e 0,1 mol/L de íons Cl⁻ na solução.

Passo 3

Agora, vamos analisar o comportamento desses íons na água. O íon Cl⁻ é a base conjugada de HCl, um ácido forte. Como HCl é um ácido forte, o Cl⁻ é uma base fraca e praticamente não afeta o pH da solução. Ou seja, ele não vai alterar significativamente a acidez ou alcalinidade da solução.

Passo 4

Por outro lado, o íon NH₄⁺ é a base conjugada de NH₃ (amônia), que é uma base fraca. Isso significa que o NH₄⁺ pode agir como um ácido fraco na água, liberando íons H⁺:
NH4^+ + H2O rightarrow NH3 + H3O^+
Essa reação de hidrólise do NH₄⁺ é o que nos ajuda a determinar o pH da solução.

Passo 5

Para calcular a concentração de H₃O⁺, precisamos usar a constante de dissociação ácida (Kₐ) para o NH₄⁺. Sabemos que:
Ka = [NH3][H3O^+][NH4^+]
O valor de para NH₄⁺ é aproximadamente .

Passo 6

Agora, assumimos que a quantidade de NH₃ formada e Ka = x cdot x0,1 - x approx x^20,1 liberada é pequena comparada à concentração inicial de NH₄⁺. Vamos chamar essa pequena quantidade de x^2 = Ka times 0,1 = 5,6 times 10^-10 times 0,1 = 5,6 times 10^-11 .
Então:
x = raiz5,6 times 10^-11 approx 7,48 times 10^-6 , mol/L
Resolvendo para :
Então, .

Passo 7

Com a concentração de pH = -log([H3O^+]) = -log(7,48 times 10^-6) approx 5,13 , podemos calcular o pH da solução usando a fórmula:

Passo 8

Agora, vamos verificar se nossa aproximação 7,48 times 10^-60,1 = 7,48 times 10^-5 ll 1 é válida:
Como é muito menor que 1, nossa aproximação está adequada.

Resposta

A solução contém 0,1 mol/L de íons NH₄⁺ e Cl⁻. Após a hidrólise do NH₄⁺, a concentração de é aproximadamente , resultando em um pH de cerca de 5,13. As aproximações utilizadas são adequadas para este cálculo.

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