Desenhe um diagrama de níveis de energia de orbital molecular e determine a ordem de ligação esperada para cada uma das seguintes espécies: (a) O2 (b) O2 ^-© O2 ^+(d) O2 ^2-. 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:
Ordem de Ligação = Nligantes - Nantilibrantes2 çã
Quanto maior essa ordem, mais forte é a ligação.

Passo 3

Agora, vamos desenhar o diagrama de orbitais moleculares para a molécula de oxigênio ( O2). O oxigênio tem 16 elétrons no total. No diagrama, os orbitais se organizam do mais baixo para o mais alto em energia:
  • sigma2s
  • sigma2s^*
  • sigma2pz
  • pi2px e pi2py
  • pi2px^* e pi2py^*
  • sigma2pz^*

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 O2:
  • sigma2s: 2 elétrons
  • sigma2s^*: 2 elétrons
  • sigma2pz: 2 elétrons
  • pi2px e pi2py: 4 elétrons
  • pi2px^* e pi2py^*: 4 elétrons

Passo 5

Calculando a ordem de ligação para O2:
Ordem de Ligação = (8) - (4)2 = 2 çã
A ordem de ligação é 2, indicando uma ligação dupla.

Passo 6

Para O2^+, temos um elétron a menos:
Ordem de Ligação = (8) - (3)2 = 2.5 çã
A ordem de ligação aumenta para 2.5.

Passo 7

Para O2^-, temos um elétron a mais:
Ordem de Ligação = (8) - (5)2 = 1.5 çã
A ordem de ligação diminui para 1.5.

Passo 8

E para O2^2-, dois elétrons a mais:
Ordem de Ligação = (8) - (6)2 = 1 çã
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 O2, O2^-, e O2^+, há elétrons desemparelhados, então são paramagnéticas. Já O2^2- tem todos os elétrons emparelhados, sendo diamagnética.

Passo 10

Finalmente, sobre o orbital de mais alta energia com elétron desemparelhado. Nos casos paramagnéticos ( O2, O2^-, O2^+), os elétrons desemparelhados estão nos orbitais pi^*, que são orbitais p.

Resposta

  • O2: Ordem de ligação 2, paramagnética.
  • O2^-: Ordem de ligação 1.5, paramagnética.
  • O2^+: Ordem de ligação 2.5, paramagnética.
  • O2^2-: Ordem de ligação 1, diamagnética.
A espécie paramagnética tem elétrons desemparelhados no orbital de mais alta energia com caráter p.

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