Desenhe o diagrama de níveis de energia e escreva a configuração eletrônica em termos da TOM para os íons a seguir. Indique em cada caso se a adição de um elétron aumentaria ou diminuiria a ordem de ligação das espécies.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me pediu para desenhar o diagrama de níveis de energia e escrever a configuração eletrônica usando a Teoria dos Orbitais Moleculares (TOM) para o íon
. Além disso, precisamos descobrir se adicionar um elétron a esse íon aumentaria ou diminuiria a ordem de ligação. Para resolver isso, vamos precisar entender como os elétrons se distribuem nos orbitais moleculares e como isso afeta a força da ligação entre os dois átomos de nitrogênio.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre o diagrama de níveis de energia na TOM para a molécula de nitrogênio (
). Na TOM, combinamos os orbitais atômicos dos dois átomos para formar orbitais moleculares que estão espalhados por toda a molécula. Esses orbitais podem ser de ligação (energias mais baixas) ou anti-ligação (energias mais altas).
Para a molécula de nitrogênio, o diagrama de níveis de energia fica assim:
- Orbitais sigma (
) e pi ( ) para os elétrons 2s e 2p: -
: orbital de ligação 2s -
: orbital anti-ligação 2s -
: orbital de ligação 2p_z -
e : orbitais de ligação 2p_x e 2p_y -
e : orbitais anti-ligação 2p_x e 2p_y -
: orbital anti-ligação 2p_z
-
Passo 3
Agora, vamos distribuir os elétrons no diagrama de níveis de energia. A molécula de nitrogênio neutra (
) tem 14 elétrons, mas como estamos lidando com
, temos um elétron a menos, totalizando 13 elétrons.
Distribuição dos elétrons:
- Orbitais sigma 2s (
): 2 elétrons - Orbitais sigma anti-ligação 2s (
): 2 elétrons - Orbitais pi 2p (
e ): 4 elétrons (2 em cada) - Orbital sigma 2p_z (
): 2 elétrons - Orbitais pi anti-ligação 2p (
e ): 2 elétrons - Orbital sigma anti-ligação 2p_z (
): 1 elétron
Passo 4
Agora, vamos calcular a ordem de ligação, que nos diz quão forte é a ligação entre os dois átomos. A fórmula para a ordem de ligação é:
Aplicando os números:
- Elétrons em orbitais de ligação: 2 (
) + 4 ( ) + 2 ( ) = 8 elétrons - Elétrons em orbitais anti-ligação: 2 (
) + 2 ( ) + 1 ( ) = 5 elétrons
Passo 5
Agora, vamos ver o que acontece se adicionarmos um elétron a esse íon, formando
. Esse elétron adicional ocuparia o orbital anti-ligação
ou
.
Distribuição dos elétrons para
:
- Elétrons em orbitais de ligação: 8 elétrons
- Elétrons em orbitais anti-ligação: 6 elétrons
Calculando a ordem de ligação:
Vemos que a ordem de ligação diminuiu de 1,5 para 1, indicando que a adição de um elétron diminui a força da ligação entre os dois átomos de nitrogênio.
Resposta
A configuração eletrônica de
segundo a Teoria dos Orbitais Moleculares é:
A ordem de ligação é 1,5. A adição de um elétron (formando
) diminui a ordem de ligação, reduzindo-a para 1, ou seja, a ligação entre os átomos de nitrogênio fica menos forte.