A fórmula molecular de um composto iônico pode ser deduzida a partir da configuração eletrônica dos seus elementos constituintes. Para cada par de elementos abaixo, siga os passos:
d) Cálcio e Nitrogênio ( \mathrm{Z}_{\mathrm{Ca}}=20 ; \mathrm{Z}_{\mathrm{N}}=7 )

Passo 1

O enunciado pede para deduzir a fórmula molecular do composto iônico formado por cálcio e nitrogênio, com as informações fornecidas: \mathrm{Z}_{\mathrm{Ca}}=20 e \mathrm{Z}_{\mathrm{N}}=7.
Informações relevantes dadas:
  • \mathrm{Z}_{\mathrm{Ca}}=20 (número atômico do cálcio).
  • \mathrm{Z}_{\mathrm{N}}=7 (número atômico do nitrogênio).
    Pergunta a responder: qual é a fórmula do composto iônico formado por \mathrm{Ca} e \mathrm{N}?

Passo 2

Determinar a configuração eletrônica de cada átomo (isso mostra quantos elétrons na camada de valência e ajuda a prever que íon cada um forma).
Breve lembrete: a configuração eletrônica lista os orbitais preenchidos do elétron mais interno ao externo. A camada de valência é a mais externa e é a que participa na formação de íons.
  • Para o cálcio, \mathrm{Z}_{\mathrm{Ca}}=20. A configuração completa pode ser escrita como
\mathrm{Ca}:\;1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2,
ou de forma abreviada usando gás nobre:
\mathrm{Ca}:\;[\mathrm{Ar}]\,4s^2.
Aqui o elétron de valência está no orbital 4s com 2 elétrons.
  • Para o nitrogênio, \mathrm{Z}_{\mathrm{N}}=7. A configuração é
\mathrm{N}:\;1s^2\,2s^2\,2p^3.
A camada de valência é a segunda ( 2s^2\,2p^3 ), totalizando 5 elétrons de valência.

Passo 3

Decidir quais íons cada elemento tende a formar, usando a regra do octeto (átomos tendem a ganhar/perder elétrons para alcançar a configuração do gás nobre mais próximo).
  • Cálcio ( \mathrm{Ca}): tem \,4s^2 na camada de valência. Perder esses 2 elétrons deixa a configuração igual à do argônio [\mathrm{Ar}], um gás nobre estável. Logo, é muito provável que o cálcio forme o cátion
\mathrm{Ca}^{2+}.
Perder elétrons é típico de metais como \mathrm{Ca}.
  • Nitrogênio ( \mathrm{N}): tem 5 elétrons na camada de valência ( 2s^2\,2p^3). Para completar o octeto (chegar a 8 elétrons, como o neônio [\mathrm{Ne}]), o nitrogênio precisa ganhar 3 elétrons. Portanto forma o ânion
\mathrm{N}^{3-}.
Ganhar elétrons é típico de não-metais como \mathrm{N}.

Passo 4

Escrever explicitamente os íons e suas cargas:
\mathrm{Ca}^{2+}\quad\text{(cada íon com carga }+2\text{)}í
\mathrm{N}^{3-}\quad\text{(cada íon com carga }-3\text{)}í
Explicação curta sobre por que essas cargas: \mathrm{Ca} perde 2 elétrons do 4s → carga +2. \mathrm{N} ganha 3 elétrons para completar 2p → carga -3.

Passo 5

Balancear as cargas para obter um composto eletricamente neutro. Procedimento didático (método do mínimo múltiplo comum):
  • As cargas envolvidas são +2 (por \mathrm{Ca}^{2+}) e -3 (por \mathrm{N}^{3-}).
  • O mínimo múltiplo comum de 2 e 3 é 6. Para totalizar carga +6 precisamos de 3 cátions \mathrm{Ca}^{2+} (porque 3\times(+2)=+6). Para totalizar carga -6 precisamos de 2 ânions \mathrm{N}^{3-} (porque 2\times(-3)=-6).
  • Assim, a combinação com cargas somando zero é: 3 \mathrm{Ca}^{2+} e 2 \mathrm{N}^{3-}.
Outra forma rápida (método criss-cross, que dá o mesmo resultado): trocar os algarismos das cargas (sem sinais) para subscritos — carga 2 vira subíndice do nitrogênio e carga 3 vira subíndice do cálcio — resultando em \mathrm{Ca}_3\mathrm{N}_2 (em seguida simplifica-se se possível; aqui já está na forma mais simples).

Passo 6

Escrever a fórmula molecular e checar neutralidade e átomos:
  • Fórmula resultante:
\mathrm{Ca}_3\mathrm{N}_2.
  • Verificação de neutralidade: 3\times(+2)+2\times(-3)=+6-6=0. Está neutro, certo.
  • Contagem de átomos: 3 átomos de cálcio e 2 átomos de nitrogênio — é consistente com os íons escolhidos.

Passo 7

Dica rápida para a prova (motivação): sempre primeiro determine quantos elétrons cada elemento precisa ganhar/perder para atingir o octeto (ou configuração de gás nobre). Isso dá a carga provável de cada íon. Depois é só balancear cargas pelo mínimo múltiplo comum (ou pelo método criss-cross). Você consegue — respira fundo e aplica esses passos que fica bem mecânico!

Resposta

\mathrm{Ca}_3\mathrm{N}_2

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