2.26 A partir das configurações dos orbitais moleculares, determine as ordens de ligação de:
Passo 1
O enunciado pede: determinar a ordem de ligação de
.
Informações relevantes fornecidas ou necessárias (tiradas da tabela periódica / configuração eletrônica do cloro):
- Cada átomo de cloro tem número atômico
e configuração eletrônica de valência . Logo cada tem elétrons de valência. - Para a molécula
o total de elétrons de valência é . - Vamos considerar a combinação dos orbitais atômicos
e para formar orbitais moleculares (MOs) que acomodam esses elétrons de valência.
Passo 2
Breve aula sobre orbitais moleculares (do jeitinho simples, sem mistério):
- Quando dois átomos se aproximam, seus orbitais atômicos se combinam para formar orbitais moleculares. Dois tipos importantes vindos de orbitais
são: - orbitais
(quando há overlap ao longo do eixo ligante, aqui chamado de ); - orbitais
(quando o overlap é lateral, gerando duas orbitais degeneradas e ).
- orbitais
- Cada par de orbitais atômicos gera uma MO ligante (mais baixa em energia) e uma MO antiligante (mais alta em energia, indicada com estrela,
). - Ao preencher MOs com elétrons a regra é: primeiro o princípio de Pauli (no máximo 2 elétrons por MO com spins opostos) e depois a regra de Hund (para orbitais degenerados, colocar um elétron em cada um antes de parear).
Observação importante sobre a ordem energética para orbitais
em diatômicos de elementos mais pesados (como Cl): o orbital
ligado fica mais baixo em energia do que as orbitais
. Ou seja, a ordem relevante para as MOs de valência (parte
) em
é
(Os
aparecem mais abaixo na escala e também formam
e
.)
Passo 3
Lista explícita das MOs relevantes e quantos elétrons elas podem conter (começando das mais ligantes às mais antiligantes), lembrando que temos
elétrons de valência para preencher:
-
(ligante) — capacidade elétrons. -
(antiligante) — capacidade . -
(ligante, eixo ) — capacidade . -
(duas orbitais degeneradas ) — capacidade total ( em cada uma ). -
(duas orbitais degeneradas antiligantes) — capacidade total . -
(antiligante) — capacidade .
Agora vamos preencher essas MOs com os
elétrons de valência usando Pauli e Hund.
Passo 4
Preenchimento passo a passo (mostrando quantos elétrons vão em cada MO):
- Preenchemos
com elétrons: agora usados (restam ). - Preenchemos
com elétrons: agora usados (restam ). - Preenchemos
com elétrons: agora usados (restam ). - Preenchemos as duas
ligantes com elétrons (duas em cada ou emparelhados conforme necessário): agora usados (restam ). - Os
elétrons restantes entram nas duas orbitais antiligantes (preenchendo-as completamente): agora usados (restam ). - A
fica vazia.
Resumindo as ocupações relevantes:
- Orbitais ligantes ocupadas:
(2), (2), (4). Total de elétrons ligantes . - Orbitais antiligantes ocupadas:
(2), (4). Total de elétrons antiligantes .
Passo 5
Cálculo da ordem de ligação e interpretação:
- A fórmula da ordem de ligação por teoria de orbitais moleculares é
onde
é o número de elétrons em orbitais ligantes e
o número em orbitais antiligantes.
- Substituindo os números que contamos:
Interpretação: ordem de ligação
significa uma ligação simples entre os átomos de cloro em
, que é exatamente o que a química experimental também indica.