Quais das seguintes espécies são diamagnéticas: N2 ^2-, O2 ^2-, Be2 ^2+, C2 ^-? 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 N2^2-, O2^2-, Be2^2+ e C2^- 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. N2^2- (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: σ1s^2, , σ1s^*^2, , σ2s^2, σ2s^*^2, totalizando 16 elétrons.
    • Todos os elétrons estão emparelhados, então π2p^4 é diamagnética.
  2. σ2p^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 N2^2- é diamagnética.
  3. O2^2- (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 O2^2-.
    • Ambos os elétrons estão emparelhados, então Be2^2+ é diamagnética.
  4. σ1s (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 Be2^2+.
    • Como há um elétron desapareado, C2^- 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 σ (sigma) estão mais baixos em energia que os π (pi) para moléculas como o oxigênio e o nitrogênio. Porém, em algumas moléculas com mais elétrons, ocorre uma inversão de orbitais, onde os orbitais π ficam mais baixos em energia que os σ. 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 C2^-, a inversão de orbitais pode levar a elétrons desapareados, fazendo com que a molécula seja paramagnética.

Resposta

As espécies N2^2-, O2^2- e Be2^2+ são diamagnéticas, pois todos os seus elétrons estão emparelhados. Já C2^- não é diamagnética porque possui um elétron desapareado. A inversão de orbitais moleculares ocorre quando a ordem de energia dos orbitais σ e π 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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