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:
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 ( ). 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 :
çã
A ordem de ligação é 2, indicando uma ligação dupla.

Passo 6

Para , temos um elétron a menos:
çã
A ordem de ligação aumenta para 2.5.

Passo 7

Para , temos um elétron a mais:
çã
A ordem de ligação diminui para 1.5.

Passo 8

E para , dois elétrons a mais:
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 , , 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.

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(a)
(b)
©
(d)
(e) .
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