Questão 62 do ENEM 2011 — Ciências da Natureza

Para resolver esta questão, precisamos identificar qual dos nutrientes se esgotará primeiro, limitando o crescimento dos produtores primários no lago. É o mesmo raciocínio do reagente limitante na estequiometria.

A razão de assimilação dos organismos

Os produtores primários (algas e outros organismos) assimilam Carbono ($C$), Nitrogênio ($N$) e Fósforo ($P$) numa proporção atômica fixa, conhecida como razão de Redfield, de $106 : 16 : 1$. Ou seja, para cada $1$ átomo de Fósforo incorporado, são necessários $16$ de Nitrogênio e $106$ de Carbono. Essa é a proporção de demanda desses organismos.

A disponibilidade no lago

O enunciado fornece as concentrações reais dos elementos na água:

• $[C] = 21,2 \text{ mol/L}$
• $[N] = 1,2 \text{ mol/L}$
• $[P] = 0,2 \text{ mol/L}$

Para descobrir qual nutriente está em falta, comparamos a proporção disponível com a necessária. Uma forma simples é dividir todas as concentrações pela do Fósforo ($0,2 \text{ mol/L}$), já que ele é o "$1$" da razão ideal:

• Proporção de $P = \frac{0,2}{0,2} = 1$
• Proporção de $N = \frac{1,2}{0,2} = 6$
• Proporção de $C = \frac{21,2}{0,2} = 106$

Assim, a proporção disponível na água é $106\,C : 6\,N : 1\,P$.

Identificando o nutriente limitante

Agora comparamos o que temos com o que os organismos precisam:

• Necessário (Redfield): $106\,C : 16\,N : 1\,P$
• Disponível: $106\,C : 6\,N : 1\,P$

Para cada $1$ de Fósforo, há exatamente os $106$ de Carbono necessários. Porém, há apenas $6$ de Nitrogênio, quando seriam precisos $16$. Como o Nitrogênio está proporcionalmente muito abaixo da demanda, ele se esgotará primeiro. Quando o $N$ acabar, o crescimento dos produtores primários cessa, mesmo restando Carbono e Fósforo na água.

Portanto, o nutriente limítrofe é o Nitrogênio ($N$).

Revisando as alternativas:

• A) C: incorreta. O Carbono está disponível exatamente na proporção exigida ($106$), não em falta.
• B) N: correta. Disponível na proporção $6$ frente aos $16$ necessários — o primeiro a acabar.
• C) P: incorreta. Apesar do menor valor absoluto ($0,2 \text{ mol/L}$), o Fósforo está na proporção exata da demanda ($1$); o que importa é a razão de consumo, não o valor bruto.
• D) CO2: incorreta. O comando pede o nutriente (elemento). $CO_2$ é a forma de entrada do Carbono no ciclo, não o elemento limitante — e o Carbono não está em falta.
• E) PO43-: incorreta. O fosfato é a forma iônica do Fósforo; além disso, o Fósforo não é o limitante.