Desenhe um diagrama de níveis de energia de orbital molecular e determine a ordem de ligação esperada para cada uma das seguintes espécies: i-) N2 e ii-) N2^-. Estabeleça se cada molécula ou íon terá caráter diamagnético ou paramagnético.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! O que a gente precisa fazer aqui é desenhar um diagrama de níveis de energia de orbitais moleculares para o N₂ e para o íon N₂⁻. Depois disso, vamos determinar a ordem de ligação de cada espécie e verificar se elas são diamagnéticas ou paramagnéticas. Para isso, vamos usar conceitos de teoria de orbitais moleculares, que ajuda a entender como os átomos se ligam para formar moléculas.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que a ordem de ligação é uma forma de medir a força da ligação entre os átomos na molécula. A fórmula dela é:
Ordem de ligação = (número de elétrons em orbitais ligantes) - (número de elétrons em orbitais anti-ligantes)2 çãúéúé
Isso nos dá uma ideia de quão estável é a molécula: quanto maior a ordem de ligação, mais forte é a ligação.

Passo 3

Agora, vamos desenhar o diagrama de orbitais moleculares para o N₂. O nitrogênio tem 7 elétrons cada, totalizando 14 elétrons para a molécula N₂. Distribuímos esses elétrons nos orbitais presentes no diagrama:
  1. σ(1s) - 2 elétrons
  2. σ*(1s) - 2 elétrons
  3. σ(2s) - 2 elétrons
  4. σ*(2s) - 2 elétrons
  5. π(2p) - 4 elétrons (já que há dois orbitais π)
  6. σ(2p) - 2 elétrons
Totalizando 14 elétrons.

Passo 4

Agora, vamos contar os elétrons nos orbitais ligantes e anti-ligantes:
  • Orbitais ligantes: σ(1s), σ(2s), π(2p), σ(2p) = 2 + 2 + 4 + 2 = 10 elétrons
  • Orbitais anti-ligantes: σ*(1s), σ*(2s) = 2 + 2 = 4 elétrons
Usando a fórmula da ordem de ligação:
Ordem de ligação = 10 - 42 = 3 çã
Então, a ordem de ligação do N₂ é 3, o que indica uma ligação tripla bastante forte.

Passo 5

Para determinar se o N₂ é diamagnético ou paramagnético, precisamos ver se há elétrons desemparelhados. No diagrama, todos os elétrons estão emparelhados nos orbitais, então o N₂ não tem elétrons desemparelhados.
Isso significa que o N₂ é diamagnético.

Passo 6

Agora, vamos analisar o íon N₂⁻. Esse íon tem um elétron a mais do que o N₂, totalizando 15 elétrons. Vamos adicionar esse elétron extra no diagrama:
  1. σ(1s) - 2 elétrons
  2. σ*(1s) - 2 elétrons
  3. σ(2s) - 2 elétrons
  4. σ*(2s) - 2 elétrons
  5. π(2p) - 4 elétrons
  6. σ(2p) - 2 elétrons
  7. π*(2p) - 1 elétron (elétron extra)

Passo 7

Contando os elétrons nos orbitais ligantes e anti-ligantes:
  • Orbitais ligantes: σ(1s), σ(2s), π(2p), σ(2p) = 2 + 2 + 4 + 2 = 10 elétrons
  • Orbitais anti-ligantes: σ*(1s), σ*(2s), π*(2p) = 2 + 2 + 1 = 5 elétrons
Calculando a ordem de ligação:
Ordem de ligação = 10 - 52 = 2.5 çã
Então, a ordem de ligação do N₂⁻ é 2,5, o que ainda indica uma ligação bastante forte, embora um pouco menor que a do N₂.

Passo 8

Agora, vamos verificar a presença de elétrons desemparelhados no N₂⁻. No íon, temos um elétron extra no orbital π*(2p), que não está emparelhado.
Isso significa que o N₂⁻ é paramagnético, pois possui elétrons desemparelhados que podem ser atraídos por um campo magnético.

Resposta

  • N₂: Ordem de ligação 3 e é diamagnético.
  • N₂⁻: Ordem de ligação 2,5 e é paramagnético.

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