Quais das seguintes espécies são diamagnéticas: ? Explique porque ocorre inversão de orbitais moleculares em algumas espécies. O que é a inversão?

Passo 1

Beleza, vamos resolver essa questão juntos! O enunciado pede para identificar quais das espécies , , e são diamagnéticas. Além disso, precisamos entender por que ocorre a inversão de orbitais moleculares em algumas espécies e o que exatamente é essa inversão. Para isso, vamos usar a Teoria dos Orbitais Moleculares, que nos ajuda a entender como os elétrons estão distribuídos nas moléculas e como isso afeta suas propriedades magnéticas.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é diamagnetismo. Uma espécie é diamagnética quando não possui elétrons desapareados, ou seja, todos os elétrons estão emparelhados nos orbitais moleculares. Esses elétrons emparelhados geram um momento magnético total zero, fazendo com que a espécie seja repelida por um campo magnético externo.

Passo 3

Agora, vamos analisar cada uma das espécies usando a Teoria dos Orbitais Moleculares:
  1. (Dianion de nitrogênio):
    • Número total de elétrons: N2 tem 14 elétrons (7 cada átomo de N) + 2 elétrons extras = 16 elétrons.
    • Distribuição dos elétrons nos orbitais moleculares: , , , , , , totalizando 16 elétrons.
    • Todos os elétrons estão emparelhados, então é diamagnética.
  2. (Dianion de oxigênio):
    • Número total de elétrons: O2 tem 16 elétrons + 2 elétrons extras = 18 elétrons.
    • Distribuição dos elétrons: Similar ao O2 neutro, mas com mais dois elétrons, preenchendo os últimos orbitais.
    • Todos os elétrons estão emparelhados, então é diamagnética.
  3. (Dication de berílio):
    • Número total de elétrons: Be2 tem 4 elétrons - 2 elétrons = 2 elétrons.
    • Distribuição dos elétrons: Apenas os dois primeiros elétrons no orbital .
    • Ambos os elétrons estão emparelhados, então é diamagnética.
  4. (Anion de carbono):
    • Número total de elétrons: C2 tem 12 elétrons + 1 elétron extra = 13 elétrons.
    • Distribuição dos elétrons: Pode haver um elétron desapareado no orbital .
    • Como há um elétron desapareado, é paramagnética, não diamagnética.

Passo 4

Agora, vamos falar sobre a inversão de orbitais moleculares. Na Teoria dos Orbitais Moleculares, os orbitais são formados pela combinação de orbitais atômicos. Normalmente, os orbitais (sigma) estão mais baixos em energia que os (pi) para moléculas como o oxigênio e o nitrogênio. Porém, em algumas moléculas com mais elétrons, ocorre uma inversão de orbitais, onde os orbitais ficam mais baixos em energia que os . Isso acontece devido à ocupação de elétrons nos orbitais antibonding que afeta a estabilidade e a ordem de energia dos orbitais.
A inversão significa que a ordem de energia dos orbitais muda, impactando as propriedades magnéticas e a estabilidade da molécula. Por exemplo, em , a inversão de orbitais pode levar a elétrons desapareados, fazendo com que a molécula seja paramagnética.

Resposta

As espécies , e são diamagnéticas, pois todos os seus elétrons estão emparelhados. Já não é diamagnética porque possui um elétron desapareado. A inversão de orbitais moleculares ocorre quando a ordem de energia dos orbitais e se altera devido à ocupação eletrônica, resultando em mudanças nas propriedades magnéticas da espécie. A inversão refere-se justamente a essa troca na hierarquia de energia dos orbitais moleculares.

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