O elemento químico cálcio (\mathrm{Ca}) possui isótopo mais abundante com número de massa 40 . Um átomo neutro deste isótopo apresenta 20 nêutrons. Um íon \mathrm{Ca}^{2+} formado a partir deste isótopo terá:
a) 20 prótons, 20 nêutrons e 20 elétrons
b) 20 prótons, 20 nêutrons e 18 elétrons
c) 22 prótons, 20 nêutrons e 20 elétrons
d) 20 prótons, 18 nêutrons e 18 elétrons
e) 18 prótons, 20 nêutrons e 16 elétrons

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e pede que a gente escolha a alternativa correta:
  • O elemento cálcio é representado por \mathrm{Ca}.
  • O isótopo mais abundante tem número de massa A=40. Ou seja, estamos tratando de \,^{40}\mathrm{Ca}.
  • Um átomo neutro desse isótopo apresenta 20 nêutrons.
  • Pede-se a constituição (número de prótons, nêutrons e elétrons) do íon \mathrm{Ca}^{2+} formado a partir desse isótopo; as opções são as alternativas (a) a (e).

Passo 2

Entender as definições básicas (aqui explico passo a passo o que cada grandeza significa):
  • O número de massa A é a soma do número de prótons Z com o número de nêutrons N. Em fórmula:
A = Z + N
onde
  • A é o número de massa (número total de nucleons),
  • Z é o número de prótons (também chamado número atômico),
  • N é o número de nêutrons.
  • Num átomo neutro, o número de elétrons e^- é igual ao número de prótons:
e^- = Z.
  • Para um íon com carga positiva +q (por exemplo +2 em \mathrm{Ca}^{2+}), isso significa que ele perdeu q elétrons em relação ao átomo neutro. Em fórmula:
e^-_{\text{íon}} = Z - q.í

Passo 3

Calcular o número de prótons Z usando A e N. Temos A=40 (dado) e N=20 (dado). Então:
Z = A - N = 40 - 20 = 20.
Interpretação: o núcleo desse isótopo tem 20 prótons — isso também corresponde ao número atômico do cálcio na tabela periódica.

Passo 4

Determinar o número de elétrons no átomo neutro. Como o átomo neutro tem e^- = Z, temos:
e^-_{\text{neutro}} = Z = 20.
Ou seja, o átomo neutro \,^{40}\mathrm{Ca} tem 20 elétrons.

Passo 5

Passar para o íon \mathrm{Ca}^{2+}. A carga +2 indica perda de 2 elétrons em relação ao átomo neutro. Usando a fórmula do passo 2 com q=2:
e^-_{\mathrm{Ca}^{2+}} = Z - 2 = 20 - 2 = 18.
Portanto o íon \mathrm{Ca}^{2+} tem 18 elétrons.

Passo 6

Reunindo tudo:
  • Prótons: Z = 20.
  • Nêutrons: N = 20 (dado).
  • Elétrons no íon \mathrm{Ca}^{2+}: 18.
Agora verificamos qual alternativa corresponde a essa composição: a alternativa que diz 20 prótons, 20 nêutrons e 18 elétrons.

Resposta

b) 20 prótons, 20 nêutrons e 18 elétrons