Determine a fórmula química do composto iônico formado entre os seguintes pares de elementos e explique como as cargas dos íons determinam essa fórmula:
Ca e F

Passo 1

O enunciado pede para determinar a fórmula química do composto iônico formado entre os elementos \mathrm{Ca} e \mathrm{F} e explicar como as cargas dos íons determinam essa fórmula.
Informações dadas: os elementos envolvidos são \mathrm{Ca} (cálcio) e \mathrm{F} (flúor).

Passo 2

Como cada átomo vira um íon (passo básico para formar compostos iônicos). Vou explicar isso devagarinho.
  • Cálcio: um átomo de \mathrm{Ca} tem duas elétrons na sua camada de valência (configuração externa \;4s^2). Para alcançar a configuração eletrônica estável de gás nobre, ele costuma perder esses dois elétrons. Ao perder dois elétrons forma um cátion com carga +2. Escrevemos isso como
\mathrm{Ca} \to \mathrm{Ca}^{2+} + 2\,\mathrm{e}^-.
Aqui \mathrm{e}^- representa um elétron; o expoente 2+ indica que o íon perdeu dois elétrons.
  • Flúor: um átomo de \mathrm{F} tem sete elétrons na camada de valência. Para completar o octeto, ele costuma ganhar um elétron. Ao ganhar um elétron forma um ânion com carga -1. Escrevemos:
\mathrm{F} + \mathrm{e}^- \to \mathrm{F}^-.
O expoente - significa que ganhou um elétron.
Resumo: os íons relevantes são \mathrm{Ca}^{2+} e \mathrm{F}^-.

Passo 3

Princípio da neutralidade elétrica (a regra que determina a fórmula): um composto iônico é eletricamente neutro, ou seja, a soma algébrica das cargas dos íons que aparecem na fórmula deve ser zero.
Se eu usar x íons de cálcio ( \mathrm{Ca}^{2+}) e y íons de fluoreto ( \mathrm{F}^-), a condição de neutralidade é
x\cdot(+2) + y\cdot(-1) = 0.
Resolvendo essa equação para inteiros positivos pequenos (procuramos a menor razão inteira):
2x - y = 0 \quad\Rightarrow\quad y = 2x.
O menor par de inteiros positivos que satisfaz isso é x=1 e y=2. Portanto a razão entre íons é 1 cátion \mathrm{Ca}^{2+} para 2 ânions \mathrm{F}^-.

Passo 4

Escrever a fórmula a partir da razão encontrada: com 1 átomo de cálcio e 2 átomos de flúor, a fórmula empírica é
\mathrm{CaF}_2.
Outra maneira rápida (método “cruzado”): pegar as magnitudes das cargas e usá-las como subscritos (reduzir ao menor inteiro possível). De \mathrm{Ca}^{2+} e \mathrm{F}^{-} vem inicialmente \mathrm{Ca}_1\mathrm{F}_2, que simplifica para \mathrm{CaF}_2.

Passo 5

Visualizando como ocorre a formação do composto (transferência de elétrons): um átomo de cálcio doa seus dois elétrons, um para cada átomo de flúor. Escrevendo o processo global:
\mathrm{Ca} + 2\,\mathrm{F} \to \mathrm{Ca}^{2+} + 2\,\mathrm{F}^- \to \mathrm{CaF}_2.
Assim cada flúor fica com octeto completo (completou 8 elétrons) e o cálcio adquire configuração estável ao perder dois elétrons.

Passo 6

Verificação final de neutralidade:
1\times(+2) + 2\times(-1) = +2 - 2 = 0,
portanto a fórmula \mathrm{CaF}_2 está correta e representa um composto eletricamente neutro. O nome comum desse composto é fluoreto de cálcio.

Resposta

\mathrm{CaF}_2

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