Usando a teoria de orbitais moleculares prediga quais das seguintes moléculas diatômicas serão estáveis:
a) N2^2-, O2^2-, F2^2-

Passo 1

Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. A gente precisa usar a teoria de orbitais moleculares para prever quais das moléculas diatômicas abaixo são estáveis:
  • N2^2-
  • O2^2-
  • F2^2-
A teoria de orbitais moleculares ajuda a explicar como os elétrons se distribuem nos orbitais das moléculas e, a partir disso, a gente consegue saber se a molécula é estável ou não. Para resolver isso, vamos calcular a ordem de ligação de cada molécula. A ordem de ligação nos dá uma ideia de quão forte é a ligação entre os átomos; valores positivos indicam estabilidade.

Passo 2

Primeiro, é importante lembrar como montar o diagrama de orbitais moleculares para as moléculas diatômicas. Vamos considerar que os átomos têm orbitais atômicos que se combinam para formar orbitais moleculares. Para moléculas como N2, O2 e F2, seguimos uma sequência específica de preenchimento dos orbitais.

Passo 3

Vamos recapitulando a ordem dos energias dos orbitais moleculares para segundo período:
  1. sigma1s
  2. sigma1s^*
  3. sigma2s
  4. sigma2s^*
  5. sigma2pz
  6. pi2px e pi2py
  7. pi2px^* e pi2py^*
  8. sigma2pz^*
Aqui, sigma e pi indicam tipos de orbitais, e o asterisco (*) indica orbitais anti-ligantes.

Passo 4

Agora, vamos calcular a ordem de ligação usando a fórmula:
Ordem de Ligação = (número de elétrons em orbitais ligantes) - (número de elétrons em orbitais anti-ligantes)2 çãúéúé
Uma ordem de ligação maior que zero indica que a molécula é estável.

Passo 5

Vamos começar com N2^2-:
  • Nitrogênio (N) tem 7 elétrons, então N2^2- tem 2 times 7 + 2 = 16 elétrons.
  • Distribuindo nos orbitais:
    • sigma1s e sigma1s^*: 2 elétrons cada (total 4)
    • sigma2s e sigma2s^*: 2 elétrons cada (total 4)
    • sigma2pz: 2 elétrons
    • pi2px e pi2py: 4 elétrons
    • pi2px^* e pi2py^*: 2 elétrons
  • Ligantes: sigma1s, sigma2s, sigma2pz, pi2px, pi2py = 2 + 2 + 2 + 4 = 10
  • Anti-ligantes: sigma1s^*, sigma2s^*, pi2px^*, pi2py^* = 2 + 2 + 2 = 6
  • Ordem de Ligação: (10 - 6)/2 = 2

Passo 6

Agora, O2^2-:
  • Oxigênio (O) tem 8 elétrons, então O2^2- tem 2 times 8 + 2 = 18 elétrons.
  • Distribuindo nos orbitais:
    • sigma1s e sigma1s^*: 2 elétrons cada (total 4)
    • sigma2s e sigma2s^*: 2 elétrons cada (total 4)
    • sigma2pz: 2 elétrons
    • pi2px e pi2py: 4 elétrons
    • pi2px^* e pi2py^*: 4 elétrons
  • Ligantes: 10 elétrons
  • Anti-ligantes: 8 elétrons
  • Ordem de Ligação: (10 - 8)/2 = 1

Passo 7

Por fim, F2^2-:
  • Flúor (F) tem 9 elétrons, então F2^2- tem 2 times 9 + 2 = 20 elétrons.
  • Distribuindo nos orbitais:
    • sigma1s e sigma1s^*: 2 elétrons cada (total 4)
    • sigma2s e sigma2s^*: 2 elétrons cada (total 4)
    • sigma2pz: 2 elétrons
    • pi2px e pi2py: 4 elétrons
    • pi2px^* e pi2py^*: 6 elétrons
    • sigma2pz^*: 2 elétrons
  • Ligantes: 10 elétrons
  • Anti-ligantes: 10 elétrons
  • Ordem de Ligação: (10 - 10)/2 = 0

Resposta

Das moléculas analisadas, somente N2^2- e O2^2- possuem ordem de ligação positiva, indicando que são estáveis. Já F2^2- tem ordem de ligação zero, o que sugere que não é estável.

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