Considerando uma molécula diatômica heteronuclear, como o
, 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
. 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
. 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
:
-
-
-
-
-
-
e -
e -
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:
-
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
e : 2 elétrons cada (total de 4) -
Total: 12 elétrons até aqui
-
Os 2 elétrons restantes vão para
e , mas como tem 10 elétrons de valência (7 de cada nitrogênio menos os 2 1s de cada), precisamos ajustar isso. Na verdade, tem 10 elétrons de valência, então ajustando: -
: 2 -
: 2 -
: 2 -
: 2 -
e : 4 -
e : 0 (pois já usamos 10 elétrons)
Agora, para calcular a ordem de ligação usamos a fórmula:
Orbitais de ligação preenchidos:
(2),
(2),
e
(4) → Total = 8
Orbitais anti-ligação preenchidos:
(2),
(2) → Total = 4
Então,
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
, 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
é uma das moléculas mais estáveis e abundantes na atmosfera.
Resposta
A ordem de ligação da molécula
é 2, indicando uma ligação dupla que confere alta estabilidade à molécula.
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, ao invés de utilizar a TLV?