Questão 55, caderno azul do ENEM 2015

A hidroponia pode ser definida como uma técnica de produção de vegetais sem necessariamente a presença de solo. Uma das formas de implementação é manter as plantas com suas raízes suspensas em meio líquido, de onde retiram os nutrientes essenciais. Suponha que um produtor de rúcula hidropônica precise ajustar a concentração do íon nitrato (NO3–) para 0,009 mol/L em um tanque de 5 000 litros e, para tanto, tem em mãos uma solução comercial nutritiva de nitrato de cálcio 90 g/L. As massas molares dos elementos N, O e Ca são iguais a 14 g/mol, 16 g/mol e 40 g/mol, respectivamente.

Qual o valor mais próximo do volume da solução nutritiva, em litros, que o produtor deve adicionar ao tanque?

A) 26

B) 41

C) 45

D) 51

E) 82

Resolução em texto

📘 Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Química (Soluções, Cálculo de Concentração, Estequiometria).

📔 Nível da Questão: Médio (ENEM).

✅ Gabarito: B) 41.

🎯 Tema/Objetivo Geral: Ajustar a concentração de íon nitrato em um tanque utilizando uma solução comercial nutritiva.


🔹 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

1.1. Comando Essencial
📌 “Qual o volume da solução nutritiva que o produtor deve adicionar?”

1.2. O que está sendo pedido?
📌 Calcular quantos litros da solução de nitrato de cálcio ele precisa para atingir a concentração desejada de íons nitrato no tanque.

1.3. Palavras-chave
📌 Hidroponia, nitrato (NO3–), nitrato de cálcio, concentração molar, volume de solução.

1.4. Objetivo Cristalino
📌 Relacionar a quantidade de NO3– disponível na solução nutritiva à necessidade do tanque para encontrar o volume a ser adicionado.

1.5. Dica Geral
📌 ⚠️ Sempre que a questão envolver dissolução de um sal para fornecer íons, lembre de quantos íons específicos o sal libera ao se dissolver!

✔ Pergunta de Atenção
Você já entendeu que, além da concentração do sal, precisamos considerar quantos íons NO3– cada molécula de sal libera? Vamos destrinchar isso direitinho!


🔹 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários

2.1. Conceitos Fundamentais

  • Nitrato de Cálcio (Ca(NO3)2):
    📌 Cada molécula de nitrato de cálcio libera 2 íons NO3– na solução.
  • Concentração Molar (mol/L):
    📌 É o número de mols do soluto dividido pelo volume da solução (em litros).
  • Massas Molares:
    • N (Nitrogênio): 14 g/mol
    • O (Oxigênio): 16 g/mol
    • Ca (Cálcio): 40 g/mol

2.2. Dúvida Comum (ÚNICA)
📌 “Professor, se o sal é Ca(NO3)2, eu devo contar só 1 íon NO3–?”
Resposta: Não! Cada fórmula de Ca(NO3)2 libera 2 íons NO3– ao dissolver na água.

✔ Pergunta de Atenção
Agora ficou claro que precisamos dobrar a quantidade de íons nitrato liberados pela molécula? Vamos interpretar o enunciado e começar o cálculo!


🔹 Passo 3: Tradução e Interpretação dos Dados

3.1. O que o produtor quer?
📌 Ter 0,009 mol/L de NO3– no tanque de 5 000 litros.

3.2. O que ele tem?
📌 Solução nutritiva com 90 g/L de nitrato de cálcio (Ca(NO3)2).

3.3. Objetivo em termos de cálculo:

  1. Descobrir quantos mols de NO3– são necessários no tanque.
  2. Descobrir quantos mols de Ca(NO3)2 fornecem essa quantidade de NO3–.
  3. Calcular quantos litros da solução nutritiva (90 g/L) ele deve adicionar para obter essa quantidade de mols.

🔹 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio

4.1. Quantidade de NO3– necessária no tanque

📌 Cálculo:
0,009 mol/L × 5 000 L = 45 mol de NO3–

✔ Pergunta de Atenção
Você percebeu que multiplicamos a concentração pela quantidade de litros do tanque?


4.2. Quantidade de Ca(NO3)2 necessária para fornecer 45 mol de NO3–

📌 Cada mol de Ca(NO3)2 libera 2 mols de NO3–.
Então:

📌 Número de mols de Ca(NO3)2 necessários = 45 ÷ 2 = 22,5 mols

✔ Pergunta de Atenção
Entendeu que dividimos por 2 porque cada molécula de Ca(NO3)2 gera dois nitratos?


4.3. Quantidade de Ca(NO3)2 necessária em gramas

Agora, vamos calcular a massa molar de Ca(NO3)2:

📌 Massa molar = 40 + 2 × (14 + 3 × 16)
📌 Massa molar = 40 + 2 × (14 + 48)
📌 Massa molar = 40 + 2 × 62
📌 Massa molar = 40 + 124
📌 Massa molar = 164 g/mol

📌 Então:

Massa necessária = 22,5 mol × 164 g/mol = 3 690 g


4.4. Volume da solução nutritiva necessário

Lembrando que a solução nutritiva tem 90 g/L.

📌 Volume necessário = 3 690 ÷ 90 = 41 litros

✔ Pergunta de Atenção
Você viu como transformamos a massa em volume usando a concentração da solução comercial?


🔹 Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução

  • A) 26 litros.
    ❌ Muito pouco.
  • B) 41 litros.
    ✅ Correto! Calculado exatamente.
  • C) 45 litros.
    ❌ Um pouco acima.
  • D) 51 litros.
    ❌ Maior do que o necessário.
  • E) 82 litros.
    ❌ Quase o dobro do que precisa.

🔹 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

6.1. Resumo do Raciocínio
📌 Para ajustar a concentração de NO3– no tanque, o produtor precisa adicionar 41 litros da solução nutritiva.

6.2. Reafirmação da Alternativa Correta
✅ A alternativa correta é B) 41 litros.

6.3. 🔍 Resumo Final para Revisão
O produtor deve calcular a quantidade de íons necessária, relacionar à solução disponível, considerar o número de íons liberados pelo sal, e converter o resultado em litros, chegando a 41 litros.

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