(FUVEST - 2021)
Recentemente, um estudo científico associou a detecção de fosfina (PH3) na atmosfera em Vênus com uma possível existência de vida no planeta. Na Terra, a fosfina pode ser encontrada naturalmente em ambientes onde ocorre a degradação de matéria orgânica, como pântanos. Por ser mais densa que o ar, grande quantidade de fosfina se acumula sobre as superfícies de corpos d’água e áreas baixas, muitas vezes reagindo espontaneamente com oxigênio, formando ácido fosfórico (H3PO4).
a) Utilizando os menores coeficientes estequiométricos inteiros possíveis, escreva a equação balanceada para o processo de combustão descrito para a fosfina.
b) Os ambientes onde se encontram altas quantidades de fosfina são compatíveis com a vida de seres aeróbios ou anaeróbios? Justifique sua resposta com base na reatividade da fosfina.
c) Em ambientes como os pântanos, além da fosfina, também é produzido metano (CH4). Com base na energia de ativação e na energia liberada na combustão de cada espécie, explique por que a combustão da fosfina é a primeira a ocorrer na natureza e por que ela é capaz de iniciar a combustão do metano.
Note e adote:
Energia de ativação da combustão: fosfina = 13 kJ/mol e metano = 105 kJ/mol.
ΔH de combustão: fosfina = -1154 kJ/mol e metano = -885 kJ/mol.
Gabarito:
Resolução:
a) Os reagentes são a fosfina (PH3) e o gás oxigênio (O2) e o produto dessa reação é o ácido fosfórico (H3PO4), como evidenciado por esse trecho:
"grande quantidade de fosfina se acumula sobre as superfícies de corpos d’água e áreas baixas, muitas vezes reagindo espontaneamente com oxigênio, formando ácido fosfórico (H3PO4)."
Essa é a equação não balanceada dessa reação é:
PH3 + O2 → H3PO4
O número de átomos de hidrogênio e de fósforo é igual dos dois lados da equação. O lado dos reagentes tem dois átomos de oxigênio e o lado dos produtos tem quatro, então atribui-se o coeficiente estequiométrico 2 ao O2:
PH3 + 2 O2 → H3PO4
b) Seres aeróbios são aqueles que precisam de oxigênio para sobreviver, enquanto os anaeróbios sobrevivem na ausência de oxigênio. Os ambientes onde se encontram altas quantidades de fosfina são compatíveis com a vida de seres anaeróbios porque a fosfina reage espontaneamente com o oxigênio, então esses ambientes possuem baixa quantidade de oxigênio.
c) A energia de ativação é a energia necessária para uma reação acontecer. A combustão da fosfina é a primeira a ocorrer porque a energia de ativação da reação de combustão da fosfina (13 kJ/mol) é muito menor do que a energia de ativação da reação de combustão do metano (105 kJ/mol).
A combustão da fosfina é capaz de iniciar a combustão do metano porque essa reação libera 1154 kJ/mol, quantidade de energia maior do que a energia de ativação da reação de combustão do metano.