Questão 113 do ENEM 2024 — Ciências da Natureza

O enunciado nos dá um 'perfil' e pede para encontrar, entre as cinco etapas numeradas, aquela que se encaixa nele. O perfil procurado é: uma transformação redox análoga à que ocorre nos procariontes nitrificantes. A estratégia é primeiro caracterizar quimicamente a nitrificação e depois testar cada etapa contra esse padrão.

O padrão da nitrificação

Os procariontes nitrificantes convertem amônia ($NH_3$) em nitritos ($NO_2^-$) e nitratos ($NO_3^-$). Vamos analisar isso pelo Número de Oxidação (Nox) do nitrogênio:

• Na amônia ($NH_3$), o hidrogênio tem Nox $+1$; para a molécula ser neutra, o nitrogênio tem Nox $-3$.
• No nitrato ($NO_3^-$), cada oxigênio tem Nox $-2$; para o íon ter carga $-1$, o nitrogênio precisa ter Nox $+5$.

O nitrogênio passa de $-3$ para $+5$: o Nox aumentou, ou seja, ele perdeu elétrons. Logo, a nitrificação é uma oxidação. Do ponto de vista biológico, essas bactérias fazem quimiossíntese: oxidam a amônia justamente para liberar energia e sustentar seu metabolismo.

Nosso alvo, então, é uma etapa que seja oxidação e que sirva para liberar energia.

Testando as etapas

Segundo o esquema, cada número corresponde a um processo. Vamos analisá-los:

Etapa 1 — fixação de nitrogênio (conforme o esquema): converte o gás $N_2$ (substância simples, Nox $0$) em amônia ($NH_3$, Nox do N $= -3$). O Nox diminuiu, então é uma redução, e o processo ainda consome energia. Não serve.

Etapa 2 — desnitrificação (conforme o esquema): converte nitratos ($NO_3^-$, Nox do N $= +5$) em gás $N_2$ (Nox $0$). O Nox diminuiu, logo também é uma redução. Descartada.

Etapas 3 e 4 — fixação de carbono (conforme o esquema): procariontes fotossintetizantes e plantas captam o $CO_2$ e o transformam em matéria orgânica.

• No $CO_2$, o carbono tem Nox $+4$.
• Na matéria orgânica (por exemplo, glicose, $C_6H_{12}O_6$), o carbono tem Nox médio $0$. O Nox caiu de $+4$ para $0$: é uma redução, e o processo consome energia (luz). É o oposto do que procuramos.

Etapa 5 — decomposição (conforme o esquema): os procariontes decompositores convertem a matéria orgânica (carbono fixado, Nox médio $0$) de volta em $CO_2$ (Nox $+4$). O Nox do carbono aumentou de $0$ para $+4$: é uma oxidação. E qual é o propósito? A respiração celular — oxidar a matéria orgânica para extrair a energia armazenada nas ligações químicas.

Conclusão

A nitrificação é a oxidação de um composto (a amônia) para obter energia. A decomposição, na etapa 5, é a oxidação de um composto (a matéria orgânica) para obter energia. As duas são reações de oxidação que funcionam como o 'motor' energético desses procariontes — a analogia é exata.

Gabarito: Alternativa E