2.14 Discuta os dados de energia de dissociação de ligação (D) e de comprimento de ligação das moléculas diatômicas gasosas na tabela a seguir e indique os átomos que obedecem à regra do octeto.
\boldsymbol{D} /\left(\mathbf{k J ~ m o l}^{-\mathbf{1}}\right)
Comprimento de
ligação/pm
\mathrm{C}_{2} 607 124,3
BN 389 128,1
\mathrm{O}_{2} 498 120,7
NF 343 131,7
BeO 435 133,1

Passo 1

O enunciado pede duas coisas: (1) discutir os dados de energia de dissociação de ligação D e de comprimento de ligação das moléculas diatômicas da tabela; (2) indicar quais átomos, nas moléculas dadas, obedecem à regra do octeto.
Peguei os dados diretamente da tabela fornecida; escrevo-os aqui para referência (cada valor vem da tabela do enunciado):
  • \mathrm{C}_2:\\ D=607\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \text{comprimento}=124{,}3\\ \mathrm{pm}.
  • \mathrm{BN}:\\ D=389\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \text{comprimento}=128{,}1\\ \mathrm{pm}.
  • \mathrm{O}_2:\\ D=498\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \text{comprimento}=120{,}7\\ \mathrm{pm}.
  • \mathrm{NF}:\\ D=343\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \text{comprimento}=131{,}7\\ \mathrm{pm}.
  • \mathrm{BeO}:\\ D=435\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \text{comprimento}=133{,}1\\ \mathrm{pm}.

Passo 2

O que significa “obedecer à regra do octeto” e como usar Lewis rápido:
  • A regra do octeto diz que, normalmente, átomos de elementos do 2.º período (C, N, O, F, B, Be etc.) ficam mais estáveis quando têm ao redor 8 elétrons efetivos (contando elétrons de ligação compartilhados como pertencentes a ambos atoms).
  • Para aplicar no caso de uma molécula diatômica neutrala: somamos elétrons de valência dos dois átomos e tentamos distribuir pares de elétrons de modo que cada átomo “conte” com 8 elétrons (lone pairs + elétrons compartilhados nas ligações). Se algum átomo terminar com menos que 8 (ou tiver elétron ímpar), não obedece ao octeto clássico.
Como entender D e comprimento de ligação:
  • Regra prática e muito usada: quanto maior a ordem de ligação (simples, dupla, tripla), mais curta é a ligação e maior tende a ser a energia de dissociação D. Em símbolos: ligação tripla \to pequeno comprimento, grande D; ligação simples \to maior comprimento, menor D.
  • Atenção: existem exceções. Fatores que alteram essa relação simples:
    • diferença de eletronegatividade entre átomos (caráter iônico pode aumentar ou diminuir D e alongar a ligação);
    • repulsões de pares isolados (lone-pair) que enfraquecem a ligação;
    • presença de elétrons em orbitais antissimétricos (antibonding) — moléculas com elétrons desemparelhados podem ter D menor do que o esperado;
    • tamanho atômico (átomos maiores tendem a formar ligações mais longas e, às vezes, menos fortes).
Vou usar essas ideias ao analisar cada molécula.

Passo 3

Dados (peguei da tabela): \;D=607\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \ell=124{,}3\\ \mathrm{pm}.
Lewis e octeto:
  • Cada átomo de C tem 4 elétrons de valência, total 8 elétrons para a molécula. Com só 8 elétrons no total é impossível dar a cada carbono 8 elétrons ao redor (isto exigiria 16 elétrons). O “melhor” arranjo Lewis clássico que se tenta é uma ligação dupla \mathrm{C}=\mathrm{C} com um par isolado em cada C, o que deixa cada C com apenas 6 elétrons efetivos (não chega a 8). Portanto, na representação de Lewis clássica os carbonos em \mathrm{C}_2 não obedecem ao octeto.
  • Conclusão: \mathrm{C}_2 não obedece ao octeto para os átomos de C.
Comentário sobre D e comprimento:
  • \mathrm{C}_2 tem D muito alto ( 607\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}) e comprimento relativamente curto ( 124{,}3\\ \mathrm{pm}), o que indica ligação bastante forte — isso é consistente com ligação múltipla ou grande sobreposição de orbitais em átomos pequenos. Apesar de os carbonos não atingirem octeto na descrição simples, há forte ligação covalente (explicação mais detalhada exige teoria de orbitais moleculares, mas a mensagem prática é: ligação forte apesar do “octeto não satisfeito”).

Passo 4

Dados (peguei da tabela): \;D=389\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \ell=128{,}1\\ \mathrm{pm}.
Lewis e octeto:
  • B tem 3 elétrons de valência; N tem 5; total 8 elétrons. Uma estrutura possível é \mathrm{B}\!\equiv\!\mathrm{N} (tripla) com um par isolado em N (três ligações compartilhadas \Rightarrow 6 elétrons entre os dois + 2 em lone pair de N = 8 no total). N com isso teria seu octeto completo (conta as 3 ligações compartilhadas = 6 + 2 do lone pair = 8). B, porém, ficaria com apenas 6 elétrons efetivos (as três ligações compartilhadas lhe dão 6), não alcançando octeto. Boron tende frequentemente a ficar com menos que 8 (é conhecido por ser deficiente).
  • Pode haver ressonância/variantes com parcial transferência de carga (caráter iônico parcial), mas a conclusão básica de Lewis é: N obedece ao octeto; B não.
Comentário sobre D e comprimento:
  • \mathrm{BN} é isoeletrônico com \mathrm{C}_2 (mesmo número total de elétrons), mas apresenta comprimento maior ( 128{,}1\\ \mathrm{pm}) e D bem menor ( 389\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}) comparado a \mathrm{C}_2. Isto pode ser explicado porque B–N tem caráter polar (diferença de eletronegatividade entre B e N) que reduz a força da ligação covalente pura, e porque o boro fica deficiente (não realizando um octeto), ambos fatores que podem enfraquecer a ligação em relação a \mathrm{C}_2.

Passo 5

Dados (peguei da tabela): \;D=498\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \ell=120{,}7\\ \mathrm{pm}.
Lewis e octeto:
  • Cada O tem 6 elétrons de valência, total 12. A estrutura de Lewis clássica é \mathrm{O}=\mathrm{O} (ligação dupla) com dois pares isolados em cada oxigênio. Assim cada oxigênio “conta” com 8 elétrons (dois pares isolados = 4 + duas pares de ligação = 4 → total 8). Portanto os átomos de O em \mathrm{O}_2 obedecem à regra do octeto.
Comentário sobre D e comprimento:
  • \mathrm{O}_2 tem comprimento 120{,}7\\ \mathrm{pm}, menor que o de \mathrm{C}_2 na tabela, mas D menor que \mathrm{C}_2. A explicação prática: embora a ligação O=O seja curta (O é pequeno), existem efeitos que limitam a estabilidade máxima — por exemplo, pares isolados em oxigênio geram repulsões e, em termos de teoria de orbitais moleculares, \mathrm{O}_2 tem elétrons em orbitais antissimbólicos parciais (configuração de spin e elétrons desemparelhados) que reduzem a energia líquida de ligação em comparação com uma ligação “ideal” sem esses efeitos. De novo: regra geral curto⇔forte vale, mas há contribuintes eletrônicos adicionais.

Passo 6

Dados (peguei da tabela): \;D=343\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \ell=131{,}7\\ \mathrm{pm}.
Lewis e octeto:
  • N tem 5 elétrons, F tem 7, total 12. Uma tentativa de desenho de Lewis usando apenas pares daria uma ligação simples \mathrm{N}-\mathrm{F} e pares isolados. Mas atenção: a espécie neutra diatômica \mathrm{NF} é um radical (tem elétron ímpar) na sua forma gasosa, ou seja, existe um elétron desemparelhado. Assim, o nitrogênio costuma não completar o octeto (fica com sete elétrons efetivos ou com elétron solitário); o flúor, por sua alta eletronegatividade, geralmente consegue completar seu octeto. Portanto, em termos práticos: F obedece ao octeto; N não (tem elétron ímpar/deficiência).
Comentário sobre D e comprimento:
  • \mathrm{NF} tem o maior comprimento na tabela ( 131{,}7\\ \mathrm{pm}) e a menor energia de dissociação ( 343\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}), o que indica ligação relativamente fraca. Fatores que explicam isso: grande diferença de eletronegatividade (molécula polar), tendência do F a não formar múltiplas ligações e presença de configuração com elétron desemparelhado — todos contribuem para uma ligação menos forte e mais longa que, por exemplo, \mathrm{O}_2 ou \mathrm{C}_2.

Passo 7

Dados (peguei da tabela): \;D=435\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}},\\ \ell=133{,}1\\ \mathrm{pm}.
Lewis e octeto:
  • Be tem 2 elétrons de valência; O tem 6; total 8. Uma estrutura de Lewis simples poderia ser \mathrm{Be}= \mathrm{O} (dupla) ou \mathrm{Be}-\mathrm{O} com caráter iônico. Na prática, o berílio frequentemente não atinge o octeto e forma espécies com apenas 4 elétrons ao redor (ele é tipicamente deficiente). Assim, Be normalmente NÃO obedece ao octeto; o oxigênio, por outro lado, facilmente completa seu octeto (seja por ligações covalentes ou por receber elétrons em caráter iônico).
  • Conclusão: O obedece ao octeto; Be não.
Comentário sobre D e comprimento:
  • \mathrm{BeO} tem o comprimento maior da tabela ( 133{,}1\\ \mathrm{pm}) e D intermediária ( 435\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}). A explicação prática é que Be–O tem considerável caráter iônico parcial (diferença de eletronegatividade grande), o que pode aumentar a energia por atração iônica, mas o pequeno número de elétrons de ligação efetivos em torno do Be e a geometria/overlap limitado produzem uma ligação relativamente longa. Assim vemos que caráter iônico/parcial pode alterar a relação direta entre comprimento e D.

Passo 8

  • Padrão geral: ligações mais curtas tendem a ter D maiores; na tabela isso aparece parcialmente (por exemplo, \mathrm{C}_2 curto e D grande; \mathrm{NF} longo e D pequeno).
  • Exceções/ajustes: \mathrm{O}_2 é mais curto que \mathrm{C}_2 mas tem D menor — explicado por efeitos eletrônicos (pares isolados, ocupação de orbitais antissimbólicos, efeitos de spin) e diferenças na natureza da ligação. \mathrm{BN} e \mathrm{C}_2 são isoeletrônicos; ainda assim \mathrm{BN} tem ligação mais longa e mais fraca por causa do caráter polar e da deficiência do B. \mathrm{BeO} mostra efeito de caráter iônico parcial e deficiência do Be. Em todas as análises é útil lembrar: ordem de ligação, tamanho atômico, diferença de eletronegatividade e presença de elétrons desemparelhados ou pares isolados determinam o comprimento e D.

Resposta

\mathrm{C}_2: nenhum dos átomos de C obedece à regra do octeto.
\mathrm{BN}: apenas o átomos de N obedece ao octeto (B não).
\mathrm{O}_2: ambos os átomos de O obedecem ao octeto.
\mathrm{NF}: apenas o átomo de F obedece ao octeto (N não; espécie radical).
\mathrm{BeO}: apenas o átomo de O obedece ao octeto (Be não).