2.27 Quais são as variações esperadas na ordem de ligação e na distância de ligação que acompanham os seguintes processos de ionização?
e
Passo 1
O enunciado pede que eu diga como mudam a ordem de ligação e a distância de ligação no processo de ionização
Informações dadas (explicitamente): o reagente é a molécula neutra
e o produto é o íon
(um elétron removido). Não há outros dados numéricos no enunciado.
Passo 2
Vou usar teoria de orbitais moleculares (OM) para responder — isto porque a variação da ordem de ligação ao ganhar/perder elétrons é tratada naturalmente contando elétrons em orbitais ligantes e anti‑ligantes.
Primeiro, a definição que vou usar: a ordem de ligação é dada por
onde
é o número total de elétrons ocupando orbitais ligantes e
é o número total de elétrons em orbitais anti‑ligantes. Essa fórmula mede, em média, quantos pares eletrônicos contribuem para a ligação entre os átomos.
Explicação curta sobre orbitais: orbitais ligantes estabilizam (favorecem ligação), orbitais anti‑ligantes desestabilizam (reduzem ligação). Remover um elétron de um orbital anti‑ligante normalmente aumenta a ordem de ligação; remover de um orbital ligante normalmente diminui a ordem.
Passo 3
Contagem de elétrons de valência e ordem de preenchimento para
.
- Cada átomo fornece elétrons de valência:
dá 5 e dá 6, totalizando elétrons de valência para . - Para moléculas diatômicas de segunda linha (como NO) a ordem de níveis de energia aceitável aqui é (do mais baixo ao mais alto)
(Essa é a ordem usada para e moléculas similares; para NO essa ordem vale bem como aproximação prática.)
Agora preencho os
elétrons de valência obedecendo Pauli e Hund:
-
: 2 elétrons (ligante) -
: 2 elétrons (anti‑ligante) -
: 2 elétrons (ligante) -
: total 4 elétrons (ligantes) - sobra 1 elétron, que ocupa um dos orbitais
(anti‑ligante), resultando em ocupação simples em .
Portanto as contagens são:
- elétrons em orbitais ligantes:
. - elétrons em orbitais anti‑ligantes:
.
Aplico a fórmula:
Interpretação: ligação entre N e O em
tem ordem
(meio caminho entre dupla e tripla).
Passo 4
Agora faço a ionização:
.
- Ionização remove um elétron do HOMO (highest occupied molecular orbital). No caso de
o HOMO é o orbital anti‑ligante que tem ocupação simples. - Ao remover esse elétron, a ocupação de
passa de para .
Recontando elétrons para
(agora
elétrons de valência):
- elétrons em orbitais ligantes: continuam
(não mexemos nos ligantes com essa remoção). - elétrons em orbitais anti‑ligantes: passam a ser apenas
(apenas permanece ocupado com 2).
Aplicando a fórmula:
Portanto a ordem de ligação aumenta de
para
.
Passo 5
Interpretação física e efeito sobre a distância de ligação.
- Quando a ordem de ligação aumenta (mais pares eletrônicos efetivamente ligantes), a ligação fica mais forte e os núcleos são puxados mais próximos: isto significa que a distância de ligação diminui.
- Especificamente aqui, como a ionização removeu um elétron de um orbital anti‑ligante, a ligação ficou mais “tripla” (ordem
em ), portanto espera‑se uma contração do comprimento ao formar . - Além disso, energicamente a dissociação fica mais difícil (energia de ligação aumenta) — mas o que o enunciado pediu foi distância e ordem, então foco nisso: ordem sobe, distância cai.
Passo 6
Resumo final e dica prática para a prova.
- Procedimento que você deve sempre seguir em questões assim:
- contar elétrons de valência;
- montar o diagrama MO (saber qual ordem de níveis usar para a família da molécula);
- preencher MOs e aplicar
; - ao ionizar, ver de qual orbital saiu o elétron (HOMO normalmente) e recalcular a ordem;
- ligar aumento de ordem à diminuição da distância de ligação (e vice‑versa).
- No caso concreto da prova, se o enunciado não pedir detalhes numéricos, basta explicar que a remoção do elétron anti‑ligante aumenta a ordem em
e encurta a ligação — justifique dizendo de qual orbital saiu o elétron.
Resposta
Ordem de ligação: aumenta de
para
(aumento de
).
Distância de ligação: diminui (a ligação fica mais curta).
Distância de ligação: diminui (a ligação fica mais curta).