Cinética química

El uso de fertilizantes químicos es una práctica habitual en la agricultura moderna para aumentar el rendimiento de los cultivos. Uno de los más utilizados es el nitrato de amonio ($\text{NH}_4\text{NO}_3$), que aporta nitrógeno en dos formas que las plantas pueden asimilar: el ion amonio ($\text{NH}_4^{+}$) y el ion nitrato ($\text{NO}_3^{-}$). Este compuesto es muy soluble en agua y, al disolverse, puede modificar el pH del suelo y, por tanto, afectar a la disponibilidad de los nutrientes minerales.

Cuando se disuelve en agua, el nitrato de amonio se disocia completamente:$$\text{NH}_4\text{NO}_3(\text{s}) \rightarrow \text{NH}_4^{+}(\text{aq}) + \text{NO}_3^{-}(\text{aq})$$Y el ion amonio formado se comporta como un ácido débil según el equilibrio siguiente:$$\text{NH}_4^{+}(\text{aq}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \rightleftharpoons \text{NH}_3(\text{aq}) + \text{H}_3\text{O}^{+}(\text{aq}) \qquad K_a = 5{,}62\times 10^{-10}\ \text{a}\ 25\ ^\circ\text{C}$$En los suelos agrícolas, el pH influye fuertemente en la disponibilidad de los nutrientes. Con valores de pH bajos, los iones $\text{Fe}^{2+}$ y $\text{Mn}^{2+}$ se vuelven más solubles, pero el fósforo (en forma de $\text{PO}_4^{3-}$) queda retenido y se vuelve menos accesible para las plantas. Por otro lado, con valores de pH altos pasa lo contrario: el hierro se vuelve insoluble y menos accesible para las plantas, mientras que el fósforo se encuentra más disponible.

4.2. (1,25 puntos) En los suelos agrícolas, el ion amonio se puede oxidar hasta nitrato mediante la acción de diversos microorganismos. Por ejemplo, las enzimas de las bacterias del género Nitrosomonas inician este proceso catalizando la formación de nitrito a partir de amonio:$$2\,\text{NH}_4^{+}(\text{aq}) + 3\,\text{O}_2(\text{g}) \xrightarrow{\textit{Nitrosomonas}} 2\,\text{NO}_2^{-}(\text{aq}) + 4\,\text{H}^{+}(\text{aq}) + 2\,\text{H}_2\text{O}(\text{l})$$Esta reacción es lenta y su velocidad depende de diversos factores ambientales. Explique de manera justificada qué efecto tendrán los factores siguientes sobre la velocidad de esta reacción: a) un aumento de la temperatura, en un intervalo que no afecte a la proliferación ni a la estabilidad de las bacterias de tipo Nitrosomonas; b) un aumento de la concentración de oxígeno al remover el terreno con un motocultor, y c) la acidificación del medio, que reduce la población de bacterias del género Nitrosomonas.

Datos: Números atómicos: $Z(\text{H}) = 1$; $Z(\text{C}) = 6$; $Z(\text{O}) = 8$.
Masas atómicas relativas: $\text{H} = 1{,}0$; $\text{N} = 14{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$.
Constante de ionización del agua a $25\ ^\circ\text{C}$: $K_w = 1{,}0\times 10^{-14}$.
Constante de Faraday: $F = 96\,500\ \text{C mol}^{-1}$.
$1\ \text{A} = 1\ \text{C s}^{-1}$.