Mapa de questões · 2º dia
Questão 121 — ENEM 2023
Os solos amazônicos, ricos em silicato, não são apropriados para o cultivo por serem incapazes de reter nutrientes. Contudo, descobertas arqueológicas têm demonstrado que os antigos habitantes da Amazônia dominavam a técnica de preparo de um insumo agrícola natural, denominado terra preta. Esse insumo era constituído principalmente de uma espécie de biocarvão (biochar) obtido da queima de matéria orgânica, como troncos de árvores, pedaços de ossos e esterco, capaz de manter um solo fértil por anos.
Admite-se que o efeito do biocarvão na fertilização do solo estava, em parte, relacionado à presença de grupos orgânicos do tipo carboxilato em sua superfície, carregados negativamente (—COO⁻). Esses grupos atraem íons positivos necessários como nutrientes, tais quais os provenientes do potássio (K), do cálcio (Ca) e do magnésio (Mg), além de micronutrientes, como zinco (Zn) e ferro (Fe). Essa ligação no solo fertilizado é predominantemente iônica. De acordo com a escala de Pauling, a eletronegatividade do elemento oxigênio é igual a 3,44.
O quadro apresenta os valores de eletronegatividade desses cinco elementos metálicos: K (0,82); Ca (1,00); Mg (1,31); Zn (1,65); Fe (1,83).
MICHALOVIC, M. Ancient Soil Chemists of the Amazon. ChemMatters, fev. 2009 (adaptado).
O cátion que resultará em uma interação de maior caráter iônico com o ânion carboxilato será aquele proveniente do elemento
Alternativas
Resolução
Ficha da Questão
- Matérias necessárias: Ligações Químicas (iônica vs covalente), Eletronegatividade (escala de Pauling), diferença $|\Delta\chi|$ como indicador do caráter iônico.
- Nível: Médio — exige saber que maior $|\Delta\chi|$ entre os átomos ligados significa maior caráter iônico da ligação, e calcular para cada cátion disponível.
- Tema/Habilidade BNCC: EM13CNT101 — avaliar características e propriedades dos materiais com base em sua composição (ligações químicas) e aplicações agrícolas.
- Gabarito oficial: A
Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando
- Comando reformulado: "Entre K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺ e Fe²⁺ interagindo com o grupo —COO⁻ (O com $\chi = 3{,}44$), qual produz ligação de maior caráter iônico?"
- Palavras-chave ancorais: "ligação predominantemente iônica", "eletronegatividade do oxigênio = 3,44", lista dos 5 cátions e suas eletronegatividades (K 0,82 < Ca 1,00 < Mg 1,31 < Zn 1,65 < Fe 1,83).
- Armadilha antecipada: achar que "mais iônico" é o cátion de menor massa, de maior carga, ou o que tem mais elétrons — na verdade, o critério é diferença de eletronegatividade entre o cátion e o átomo ligante. Cuidado também para calcular sempre $|\chi_O - \chi_{\text{metal}}|$, não o inverso.
- Critério de acerto: maior $|\Delta\chi|$ = mais iônico. Entre os candidatos, K tem a menor eletronegatividade (0,82), logo a maior $|\Delta\chi|$ com o oxigênio (3,44 − 0,82 = 2,62). Alternativa A.
Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais
a) Eletronegatividade ($\chi$):
Capacidade relativa de um átomo atrair elétrons em uma ligação química. Escala de Pauling normaliza F = 4,0 como máximo. Metais têm baixa $\chi$ (cedem elétrons); ametais têm alta $\chi$ (recebem elétrons).
b) Diferença de eletronegatividade e tipo de ligação (regra de Pauling):
| $|\Delta\chi|$ | Tipo de ligação |
|---|---|
| 0 – 0,4 | Covalente apolar |
| 0,5 – 1,7 | Covalente polar |
| > 1,7 | Predominantemente iônica |
| > 2,0 | Fortemente iônica |
Maior $|\Delta\chi|$ → maior polaridade → maior caráter iônico (até o limite de ligação "iônica pura", que é um conceito idealizado).
c) Cálculo para cada cátion (interação com O do —COO⁻, $\chi_O = 3{,}44$):
| Cátion | $\chi$ do metal | $|\Delta\chi| = 3{,}44 - \chi$ |
|---|---|---|
| K⁺ | 0,82 | 2,62 ← maior |
| Ca²⁺ | 1,00 | 2,44 |
| Mg²⁺ | 1,31 | 2,13 |
| Zn²⁺ | 1,65 | 1,79 |
| Fe²⁺ | 1,83 | 1,61 |
d) Por que K é o mais iônico:
K tem a menor eletronegatividade entre os candidatos (grupo 1, metal alcalino, com tendência forte para perder o único elétron de valência). Portanto, a diferença com o O é máxima, o que indica a ligação mais "pura" ionicamente.
e) Relação com o contexto da terra preta:
O íon K⁺ é um dos nutrientes essenciais das plantas (macronutriente primário — K é o "potassa" dos fertilizantes NPK). A interação iônica intensa do K⁺ com os carboxilatos (—COO⁻) do biocarvão permite que o solo retenha esse íon e o libere lentamente para as raízes.
Passo 3 — Decodificação do Enunciado
- "ligação predominantemente iônica" → usar $|\Delta\chi|$ como critério.
- "eletronegatividade do oxigênio = 3,44" → dado de referência (átomo ligante no —COO⁻).
- "K (0,82); Ca (1,00); Mg (1,31); Zn (1,65); Fe (1,83)" → lista completa.
- Calcular $|3{,}44 - \chi_{\text{metal}}|$ para cada → escolher o maior.
Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)
Subpasso 4.1 — Identificar o critério físico.
Maior caráter iônico ↔ maior $|\Delta\chi|$ entre os átomos ligados (segundo Pauling).
Subpasso 4.2 — Calcular $|\Delta\chi|$ para cada cátion.
- K: $|3{,}44 - 0{,}82| = 2{,}62$
- Ca: $|3{,}44 - 1{,}00| = 2{,}44$
- Mg: $|3{,}44 - 1{,}31| = 2{,}13$
- Zn: $|3{,}44 - 1{,}65| = 1{,}79$
- Fe: $|3{,}44 - 1{,}83| = 1{,}61$
Subpasso 4.3 — Ordenar e escolher o maior.
$$\text{K} > \text{Ca} > \text{Mg} > \text{Zn} > \text{Fe}$$
Maior $|\Delta\chi| = 2{,}62$ para o potássio.
Subpasso 4.4 — Confirmar a alternativa.
K → alternativa A.
Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas
A) potássio. ✅ Correta. $|\Delta\chi| = 2{,}62$ — o maior da série. Corresponde à ligação de maior caráter iônico com o carboxilato. K é um dos metais mais eletropositivos, por isso rende interações iônicas intensas.
B) cálcio. ❌ Incorreta. $|\Delta\chi| = 2{,}44$ — segunda maior, mas não a maior. Ca²⁺ forma ligação iônica forte, só que menor que a do K⁺.
C) magnésio. ❌ Incorreta. $|\Delta\chi| = 2{,}13$ — intermediária. Mg, do grupo 2, é mais eletronegativo que Ca (contraria a tendência? Não: dentro do grupo, a eletronegatividade diminui com o aumento do raio; Mg está acima de Ca, logo é mais eletronegativo — compatível com a tabela dada).
D) zinco. ❌ Incorreta. $|\Delta\chi| = 1{,}79$ — já no limite entre covalente polar e iônica. Zn, metal de transição, tende a ligações mais covalentes.
E) ferro. ❌ Incorreta. $|\Delta\chi| = 1{,}61$ — o menor da série. Fe²⁺ forma ligações mais covalentes/coordenadas com grupos carboxilato (comum em complexos organometálicos).
Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova
- Reafirmação: Alternativa A — o K⁺ produz a ligação de maior caráter iônico com o carboxilato (maior $|\Delta\chi| = 2{,}62$), sendo o cátion mais fortemente retido pelo biocarvão na terra preta amazônica.
- Padrão de cobrança ENEM: eletronegatividade + caráter iônico/covalente é tema recorrente. A regra é sempre "maior $|\Delta\chi|$ = mais iônico".
- Generalização: na tabela periódica, a eletronegatividade aumenta da esquerda para a direita e de baixo para cima; logo, metais alcalinos (coluna 1) com átomos grandes (abaixo) rendem as ligações mais iônicas (ex.: CsF, RbI). Em contraste, metais de transição e pós-transição (Zn, Fe, Cu) tendem a ligações com caráter covalente significativo.
- Dica de eliminação: se a questão listar metais com eletronegatividades, escolha o de menor $\chi$. Não caia em "maior carga = mais iônico" (Ca²⁺ > K⁺ em carga, mas K⁺ > Ca²⁺ em caráter iônico).
- Conexões: relaciona-se a fertilidade do solo (CTC — capacidade de troca catiônica), a química dos fertilizantes (NPK), à geoquímica amazônica (terra preta como tecnologia indígena milenar), à argilas (aluminossilicatos com CTC elevada) e à escala de Mohs/dureza de sais iônicos.