Questão 62 caderno azul ENEM 2011 comum

A eutrofização é um processo em que rios, lagos e mares adquirem níveis altos de nutrientes, especialmente fosfatos e nitratos, provocando posterior acúmulo de matéria orgânica em decomposição. Os nutrientes são assimilados pelos produtores primários e o crescimento desses é controlado pelo nutriente limítrofe, que é o elemento menos disponível em relação à abundância necessária à sobrevivência dos organismos vivos. O ciclo representado na figura seguinte reflete a dinâmica dos nutrientes em um lago.

A análise da água de um lago que recebe a descarga de águas residuais provenientes de lavouras adubadas revelou as concentrações dos elementos carbono (21,2 mol/L), nitrogênio (1,2 mol/L) e fósforo (0,2 mol/L). Nessas condições, o nutriente limítrofe é o

A) C.

B) N.

C) P.

D) CO₂.

E) PO₄^3-.

Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Estequiometria (Proporções Atômicas)
Ecologia (Fator Limitante)
Química Ambiental (Eutrofização)
Proporcionalidade (Regra de Três)

Tema/Objetivo Geral: Identificação do nutriente limitante em um ecossistema aquático, comparando as concentrações disponíveis com as proporções ideais para o crescimento dos produtores primários.

Nível da Questão: Difícil – A questão é considerada difícil porque exige a aplicação de um raciocínio estequiométrico a um problema ecológico. O aluno precisa entender o conceito de “nutriente limítrofe”, extrair a proporção ideal do texto/diagrama (Razão de Redfield) e, em seguida, realizar cálculos proporcionais para comparar a disponibilidade real de cada nutriente com a necessidade teórica, identificando qual deles está em menor oferta relativa.

Gabarito: B) N. A alternativa está correta. Ao comparar as concentrações disponíveis com a proporção ideal (106 C : 16 N : 1 P), percebe-se que o nitrogênio (N) é o elemento que está em menor quantidade em relação à demanda dos organismos, sendo, portanto, o fator que limita o crescimento da biomassa.

🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

Transcrição Essencial
“Nessas condições, o nutriente limítrofe é o”

O que está sendo pedido?
A questão nos pede para identificar qual dos três principais nutrientes (Carbono, Nitrogênio ou Fósforo) está em “falta” no lago, ou seja, qual deles vai acabar primeiro e, assim, limitar o crescimento das algas.

Objetivo Cristalino
Nosso objetivo é comparar a “oferta” de nutrientes (as concentrações dadas) com a “demanda” (a proporção ideal para o crescimento das algas) e descobrir qual nutriente é o mais escasso em termos relativos.

Pergunta de Atenção ✔
Imagine que você vai fazer bolos e a receita pede 3 xícaras de farinha, 2 de açúcar e 1 de manteiga. Se você tem na sua despensa 30 xícaras de farinha, 20 de açúcar, mas apenas 3 de manteiga, qual ingrediente vai te impedir de fazer mais bolos? A manteiga é o seu “ingrediente limitante”. A lógica para os nutrientes do lago é exatamente a mesma!

📚 Passo 2: Explicação de Cursos e Conteúdos Necessários

Explicação de termos
Para resolver este problema, precisamos ser especialistas em alguns conceitos:

Nutriente Limítrofe (ou Fator Limitante):
- Explicação: É o recurso essencial que está disponível em menor quantidade em relação à sua demanda por um organismo ou população. Mesmo que todos os outros recursos estejam abundantes, o crescimento será limitado pela escassez desse único fator.
- Lei do Mínimo de Liebig: Essa lei da ecologia diz que “o crescimento é ditado não pela quantidade total de recursos disponíveis, mas pelo recurso mais escasso”. É a analogia do ingrediente limitante na receita de bolo.

Razão de Redfield:
- Explicação: É a proporção atômica média em que os elementos Carbono (C), Nitrogênio (N) e Fósforo (P) são encontrados no fitoplâncton (algas) marinho e, por consequência, a proporção em que eles são consumidos.
- A “Receita” do Fitoplâncton (dada no diagrama): Para cada 1 átomo de Fósforo (P) que a alga consome, ela precisa de 16 átomos de Nitrogênio (N) e 106 átomos de Carbono (C).
  Proporção de Consumo (Demanda) = C : N : P = 106 : 16 : 1

Estequiometria:
- Explicação: É o estudo das proporções. Usaremos a estequiometria para comparar a proporção da “oferta” (o que tem no lago) com a proporção da “demanda” (a Razão de Redfield).

📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema

Contextualização Simplificada
Temos um lago que recebeu uma descarga de poluentes, e agora está “adubado” com três nutrientes. Temos as seguintes quantidades na “despensa” do lago:

Oferta de Carbono (C): 21,2 mol/L
Oferta de Nitrogênio (N): 1,2 mol/L
Oferta de Fósforo (P): 0,2 mol/L

As algas, para crescer, seguem uma “receita” muito específica: 106 C : 16 N : 1 P.
Nossa missão é usar a “receita” para descobrir qual desses três “ingredientes” vai acabar primeiro, impedindo que as algas cresçam mais.

Estratégia Geral
A melhor estratégia é fixar um dos nutrientes (o mais simples é o Fósforo, que está na proporção de “1”) e calcular quanto dos outros dois seriam necessários para consumir todo ele. Depois, comparamos essa “necessidade” com o que realmente “temos” no lago.

Assumir que todo o Fósforo (0,2 mol/L) será consumido.
Calcular a quantidade de Nitrogênio necessária para consumir todo o Fósforo.
Calcular a quantidade de Carbono necessária para consumir todo o Fósforo.
Comparar as quantidades “necessárias” com as “disponíveis” para ver quem está em falta e quem está em excesso.

🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos

Passo a Passo Detalhado
Vamos executar a estratégia.

Dados:

Proporção da Receita (Demanda): 106 C : 16 N : 1 P
Concentrações Disponíveis (Oferta): C = 21,2 mol/L; N = 1,2 mol/L; P = 0,2 mol/L

Etapa 1: Calcular a necessidade de N e C com base no Fósforo (P)
Vamos supor que as algas vão tentar consumir todos os 0,2 mol/L de Fósforo disponíveis.

Cálculo da Necessidade de Nitrogênio (N):
- A receita diz: 16 N para cada 1 P.
- Regra de três:
  16 mol de N ———– 1 mol de P
  x mol de N ————- 0,2 mol de P
- x = 16 * 0,2 / 1
- x = 3,2 mol/L de N são necessários.
Cálculo da Necessidade de Carbono (C):
- A receita diz: 106 C para cada 1 P.
- Regra de três:
  106 mol de C ———- 1 mol de P
  y mol de C ————- 0,2 mol de P
- y = 106 * 0,2 / 1
- y = 21,2 mol/L de C são necessários.

Etapa 2: Comparar a “Necessidade” com a “Oferta”

Análise do Carbono (C):
- Necessário: 21,2 mol/L
- Disponível: 21,2 mol/L
- Conclusão: Temos exatamente a quantidade de Carbono necessária para consumir todo o Fósforo. Nenhum dos dois é limitante em relação ao outro.
Análise do Nitrogênio (N):
- Necessário: 3,2 mol/L
- Disponível: 1,2 mol/L
- Conclusão: Temos muito menos Nitrogênio do que o necessário (1,2 < 3,2).

Etapa 3: Identificar o Nutriente Limítrofe

Como o Nitrogênio disponível (1,2 mol/L) é insuficiente para consumir todo o Fósforo (para o qual precisaríamos de 3,2 mol/L), o Nitrogênio vai acabar primeiro.
Ele é o “gargalo” do sistema, o ingrediente que vai limitar o crescimento das algas.
Portanto, o Nitrogênio (N) é o nutriente limítrofe.

Verificação Intermediária
A lógica está correta. Mesmo tendo muito Fósforo e Carbono, as algas não podem crescer mais porque vai faltar Nitrogênio para construir suas proteínas e ácidos nucleicos na proporção correta.

Possível armadilha ❓/ ✔
A principal armadilha é olhar apenas para os valores absolutos das concentrações e concluir que o Fósforo (0,2 mol/L) é o limitante por ser o menor número. Isso está errado! O que importa não é o valor absoluto, mas sim a proporção entre o que se tem e o que se precisa. Temos “pouco” Fósforo, mas a “receita” também pede muito pouco dele. Em termos relativos, o Nitrogênio está em falta muito maior.

Fechamento e expectativa
Nosso cálculo estequiométrico-ecológico apontou o Nitrogênio como o nutriente limítrofe.

✅ Passo 5: Análise das Alternativas

Listagem das Alternativas
A) C.
B) N.
C) P.
D) CO₂.
E) PO₄³⁻.

Justificativa Individual

🔴 A) C: Incorreto. Nossos cálculos mostraram que a quantidade de Carbono é exatamente a proporcional à de Fósforo, mas há excesso de ambos em relação ao Nitrogênio.
🟢 B) N: Correta. O Nitrogênio é o elemento cuja disponibilidade (1,2 mol/L) está mais abaixo da demanda teórica (3,2 mol/L), sendo o fator que limitará o crescimento.
🔴 C) P: Incorreta. Este é o erro de olhar apenas o menor valor absoluto. Em termos relativos, há excesso de Fósforo em relação ao Nitrogênio.
🔴 D) CO₂: Incorreta. CO₂ é uma molécula, a fonte de Carbono (C). A questão pergunta sobre o elemento nutriente, que é o C.
🔴 E) PO₄³⁻: Incorreta. Fosfato (PO₄³⁻) é a forma química do Fósforo (P) na água. A questão pergunta sobre o elemento P.

🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

Resumo do Raciocínio
Para identificar o nutriente limítrofe, comparamos a proporção de nutrientes disponíveis no lago (21,2 C : 1,2 N : 0,2 P) com a proporção de consumo das algas (106 C : 16 N : 1 P). O cálculo mostrou que, para a quantidade de Fósforo e Carbono presentes, seria necessária uma concentração muito maior de Nitrogênio. Como o Nitrogênio é o que está em menor oferta relativa à demanda, ele é o nutriente que limita o processo.

Gabarito Reafirmado
A alternativa correta é a B) N.

Resumo Final para Revisão 🔍
Para fixar: O fator limitante não é quem tem o menor valor absoluto, mas sim quem tem a menor proporção entre OFERTA e DEMANDA. Sempre compare o que você tem com o que a “receita” pede.

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