A molécula de monóxido de carbono (CO) é isoeletrônica ao nitrogênio molecular (N2), mas apresenta propriedades químicas e físicas distintas.
a) Construa os diagramas de orbitais moleculares para o CO e para o N2.

Passo 1

Beleza, bora resolver essa questão de química! A gente tem que construir os diagramas de orbitais moleculares para o monóxido de carbono (CO) e para o nitrogênio molecular ( N2). Isso faz parte do conteúdo de teoria dos orbitais moleculares, que ajuda a entender como os átomos se ligam e formam moléculas. Vamos precisar saber como os elétrons se distribuem nos orbitais e como isso afeta as propriedades das moléculas.

Passo 2

Primeiro, vamos falar um pouco sobre a Teoria dos Orbitais Moleculares. Nessa teoria, os elétrons não ficam apenas em orbitais atômicos individuais dos átomos que formam a molécula, mas sim em orbitais que pertencem a toda a molécula. Esses orbitais podem ser de ligação (que seguram os átomos juntos) ou anti-ligação (que podem enfraquecer essa ligação).

Passo 3

Vamos começar construindo o diagrama para o N2. O nitrogênio molecular é composto por dois átomos de nitrogênio, cada um com 7 elétrons. No diagrama de orbitais, combinamos os orbitais atômicos dos dois nitrogênios para formar os orbitais moleculares.

Passo 4

Para o N2, a ordem dos orbitais de menor para maior energia é:
  1. sigma1s
  2. sigma1s^*
  3. sigma2s
  4. sigma2s^*
  5. sigma2pz
  6. pi2px e pi2py
  7. pi2px^* e pi2py^*
  8. sigma2pz^*

Passo 5

Cada átomo de nitrogênio contribui com 5 elétrons de valência, totalizando 10 elétrons para a molécula de N2. Distribuímos esses elétrons nos orbitais moleculares seguindo a regra de Aufbau (preencher os orbitais de menor energia primeiro) e o princípio de exclusão de Pauli.

Passo 6

A distribuição dos elétrons no N2 fica assim:
  • sigma1s: 2 elétrons
  • sigma1s^*: 2 elétrons
  • sigma2s: 2 elétrons
  • sigma2s^*: 2 elétrons
  • sigma2pz: 2 elétrons
  • pi2px e pi2py: 0 elétrons (já que já distribuímos todos os 10 elétrons)

Passo 7

Agora, vamos construir o diagrama para o CO. O monóxido de carbono tem um átomo de carbono e um de oxigênio. Ambos têm 6 elétrons de valência (C: 4, O: 6), totalizando 10 elétrons para a molécula.

Passo 8

A diferença principal entre os diagramas de CO e N2 está nas diferenças de energia dos orbitais devido às diferentes eletronegatividades dos átomos. No CO, o oxigênio é mais eletronegativo que o carbono, então os orbitais do oxigênio têm energia mais baixa que os do carbono.

Passo 9

Distribuindo os 10 elétrons do CO nos orbitais moleculares:
  • sigma1s: 2 elétrons
  • sigma1s^*: 2 elétrons
  • sigma2s: 2 elétrons
  • sigma2s^*: 2 elétrons
  • sigma2pz: 2 elétrons
  • pi2px e pi2py: 0 elétrons

Passo 10

Apesar de os diagramas de N2 e CO parecerem semelhantes na distribuição dos elétrons, as diferenças na energia dos orbitais fazem com que o CO tenha propriedades químicas e físicas distintas, como maior polaridade e diferentes comprimentos de ligação.

Resposta

Construímos os diagramas de orbitais moleculares para N2 e CO considerando a distribuição dos elétrons e as diferenças de energia entre os orbitais. Ambos possuem 10 elétrons, mas as diferenças na eletronegatividade dos átomos resultam em propriedades distintas para cada molécula.

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