Desenhe um diagrama de níveis de energia de orbital molecular e determine a ordem de ligação esperada para cada uma das seguintes espécies: (a)
(b)
©
(d)
. Diga se a espécie é para ou diamagnética. Forneça a ordem de ligação esperada para cada espécie. Qual é paramagnética? É o orbital de mais alta energia que contém um elétron com caráter s ou p?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre teoria dos orbitais moleculares, que é parte da química que estuda como os elétrons se distribuem nos orbitais das moléculas. A gente vai desenhar o diagrama de níveis de energia para o oxigênio e seus íons, descobrir a ordem de ligação de cada espécie, e ver se elas são paramagnéticas ou diamagnéticas. Para isso, vamos precisar entender como os orbitais se organizam e como os elétrons preenchem esses orbitais.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a ordem de ligação dá uma ideia de quão forte é a ligação entre os átomos na molécula. Ela se calcula pela diferença entre o número de elétrons nos orbitais ligantes e nos antilibrantes, dividido por dois:
Quanto maior essa ordem, mais forte é a ligação.
Passo 3
Agora, vamos desenhar o diagrama de orbitais moleculares para a molécula de oxigênio (
). O oxigênio tem 16 elétrons no total. No diagrama, os orbitais se organizam do mais baixo para o mais alto em energia:
-
-
-
-
e -
e -
Passo 4
Preenchemos os elétrons seguindo o princípio de Aufbau (preencher do menor para o maior) e o princípio de exclusão de Pauli (cada orbital pode ter até dois elétrons com spins opostos). Para
:
-
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
e : 4 elétrons -
e : 4 elétrons
Passo 5
Calculando a ordem de ligação para
:
A ordem de ligação é 2, indicando uma ligação dupla.
Passo 6
Para
, temos um elétron a menos:
A ordem de ligação aumenta para 2.5.
Passo 7
Para
, temos um elétron a mais:
A ordem de ligação diminui para 1.5.
Passo 8
E para
, dois elétrons a mais:
A ordem de ligação é 1.
Passo 9
Agora, sobre paramagnetismo e diamagnetismo:
- Se a molécula tem elétrons desemparelhados, ela é paramagnética.
- Se todos os elétrons estão emparelhados, é diamagnética.
Para
,
, e
, há elétrons desemparelhados, então são paramagnéticas. Já
tem todos os elétrons emparelhados, sendo diamagnética.
Passo 10
Finalmente, sobre o orbital de mais alta energia com elétron desemparelhado. Nos casos paramagnéticos (
,
,
), os elétrons desemparelhados estão nos orbitais
, que são orbitais p.
Resposta
-
: Ordem de ligação 2, paramagnética. -
: Ordem de ligação 1.5, paramagnética. -
: Ordem de ligação 2.5, paramagnética. -
: Ordem de ligação 1, diamagnética.
A espécie paramagnética tem elétrons desemparelhados no orbital de mais alta energia com caráter p.
Exercícios relacionados
Quantos pares de elétrons ligantes e não-ligantes há nas moléculas
e
?
Quais são os nomes e os símbolos dos quatro números quânticos usados na especificação de elétrons em átomos? Quais são seus valores? Qual o significado de cada um?
Quais dos seguintes conjuntos de números quânticos (citados na ordem:
) são impossíveis para um elétron num átomo, no estado fundamental?
(a)
(b)
©
(d)
(e) .
(a)
(b)
©
(d)
(e)
Quais são as formas geométricas dos orbitais híbridos
e sp ?