Considerando uma molécula diatômica heteronuclear, como o N2, explique como o diagrama de orbitais moleculares é construído para esta molécula e como a ordem de ligação é determinada a partir deste diagrama. Qual é a implicação da ordem de ligação para a estabilidade da molécula?

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre uma molécula diatômica heteronuclear, como o N2. A gente precisa montar o diagrama de orbitais moleculares dessa molécula e descobrir a ordem de ligação a partir dele. Depois, vamos ver o que essa ordem de ligação significa para a estabilidade da molécula. Para isso, vamos usar a teoria dos orbitais moleculares, que ajuda a entender como os átomos se ligam formando moléculas.

Passo 2

Primeiro, vamos montar o diagrama de orbitais moleculares para a molécula N2. Essa molécula é composta por dois átomos de nitrogênio, então é na verdade uma molécula homonuclear, mas a ideia geral vale para heteronucleares também.
Cada átomo de nitrogênio tem 7 elétrons, totalizando 14 elétrons na molécula. Esses elétrons vão ocupar os orbitais moleculares de acordo com a energia deles. Os orbitais moleculares são formados pela combinação dos orbitais atômicos dos átomos que formam a molécula.
Aqui está como fica a ordem dos orbitais do menor para o maior de energia para a N2:
  1. sigma1s
  2. sigma^*1s
  3. sigma2s
  4. sigma^*2s
  5. sigma2pz
  6. pi2px e pi2py
  7. pi^*2px e pi^*2py
  8. sigma^*2pz

Passo 3

Agora, vamos distribuir os 14 elétrons nos orbitais moleculares seguindo a regra de Aufbau (preencher do menor para o maior energia), o princípio de exclusão de Pauli (cada orbital pode ter até dois elétrons com spins opostos) e a regra de Hund (orbitais degenerados são preenchidos individualmente antes de se emparelharem).
Distribuição dos elétrons:
  • sigma1s: 2 elétrons
  • sigma^*1s: 2 elétrons
  • sigma2s: 2 elétrons
  • sigma^*2s: 2 elétrons
  • sigma2pz: 2 elétrons
  • pi2px e pi2py: 2 elétrons cada (total de 4)
  • Total: 12 elétrons até aqui
  • Os 2 elétrons restantes vão para pi^*2px e pi^*2py, mas como N2 tem 10 elétrons de valência (7 de cada nitrogênio menos os 2 1s de cada), precisamos ajustar isso. Na verdade, N2 tem 10 elétrons de valência, então ajustando:
  • sigma1s: 2
  • sigma^*1s: 2
  • sigma2s: 2
  • sigma^*2s: 2
  • pi2px e pi2py: 4
  • pi^*2px e pi^*2py: 0 (pois já usamos 10 elétrons)
Agora, para calcular a ordem de ligação usamos a fórmula:
Ordem de Ligação = Número de elétrons em orbitais de ligação - Número de elétrons em orbitais anti-ligação2 çãúéçãúéçã
Orbitais de ligação preenchidos: sigma1s (2), sigma2s (2), pi2px e pi2py (4) → Total = 8
Orbitais anti-ligação preenchidos: sigma^*1s (2), sigma^*2s (2) → Total = 4
Então,
Ordem de Ligação = 8 - 42 = 2 çã

Passo 4

A ordem de ligação nos dá uma ideia de quão forte é a ligação entre os átomos. Quanto maior a ordem de ligação, mais forte e estável é a molécula. No caso da N2, uma ordem de ligação de 2 significa que há uma ligação dupla entre os átomos de nitrogênio, o que confere uma grande estabilidade à molécula. Isso explica por que N2 é uma das moléculas mais estáveis e abundantes na atmosfera.

Resposta

A ordem de ligação da molécula N2 é 2, indicando uma ligação dupla que confere alta estabilidade à molécula.

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