Em qual subnível termina a distribuição eletrônica do elemento cálcio (\mathrm{Z}=20) ?
a) 3 p^{6}
b) 4 s^{2}
c) 3 d^{2}

Passo 1

O enunciado pergunta: “Em qual subnível termina a distribuição eletrônica do elemento cálcio \mathrm{Z}=20?” As opções dadas são:
a) \,3p^{6}
b) \,4s^{2}
c) \,3d^{2}
Informação relevante fornecida: o número atômico é \,Z=20, ou seja, o átomo neutro do cálcio tem \,20 elétrons para distribuir nos subníveis.

Passo 2

Conceito básico importante (o que precisamos usar): os elétrons ocupam os subníveis em ordem de energia crescente, obedecendo ao princípio de Aufbau (preenchimento do tipo “do mais baixo para o mais alto”). A ordem de preenchimento, até onde precisamos, é:
\,1s, \,2s, \,2p, \,3s, \,3p, \,4s, \,3d, \,4p, …
Vou usar essa ordem para colocar os \,20 elétrons do cálcio.

Passo 3

Capacidades dos subníveis (quanto cada subnível comporta):
  • Subnível \,s comporta \,2 elétrons.
  • Subnível \,p comporta \,6 elétrons.
  • Subnível \,d comporta \,10 elétrons.
    Essa regra vem da fórmula geral \,2(2\ell+1), mas aqui basta decorar s=2, p=6, d=10.

Passo 4

Vamos preencher sequência e contar elétrons até \,20:
  • \,1s^{2}: soma \,2 elétrons (total acumulado \,2).
  • \,2s^{2}: soma \,2 elétrons (total acumulado \,4).
  • \,2p^{6}: soma \,6 elétrons (total acumulado \,10).
  • \,3s^{2}: soma \,2 elétrons (total acumulado \,12).
  • \,3p^{6}: soma \,6 elétrons (total acumulado \,18).
  • Próximo subnível pela ordem é \,4s. Colocamos os 2 elétrons restantes em \,4s: \,4s^{2} (total acumulado \,20).
Quando alcançamos \,20 elétrons paramos; portanto o último subnível preenchido é \,4s^{2}.

Passo 5

Analisando as opções:
  • a) \,3p^{6} corresponderia a um total acumulado de \,18 elétrons, ou seja não é o fim da configuração para \,Z=20.
  • b) \,4s^{2} é exatamente o último subnível ocupado ao completar os \,20 elétrons.
  • c) \,3d^{2} corresponderia a um átomo com \,22 elétrons (pois \,3d^{2} aparece depois de \,4s^{2}), então também não é o caso de \,Z=20.
Observação rápida e útil: para átomos neutros de elementos antes da série dos metais de transição preenchidos, o subnível \,4s é preenchido antes do \,3d, por isso o cálcio termina em \,4s^{2}. Existem exceções em transição, mas não se aplicam aqui.

Resposta

b) \,4s^{2}

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