2- Apresente as vantagens da TOM e explique a discrepância entre o resultado do magnetismo para a molécula de \mathrm{O}_{2}, quando esta propriedade é obtida pela Teoria de Lewis e pela TOM.

Passo 1

O enunciado pede (1) que a gente apresente as vantagens da Teoria do Orbitais Moleculares (TOM) em comparação com a Teoria de Lewis e (2) que a gente explique por que a TOM consegue prever corretamente o magnetismo da molécula de \mathrm{O}_{2}, enquanto a Teoria de Lewis falha nessa previsão.

Passo 2

A TOM tem várias vantagens sobre a Teoria de Lewis:
  1. descreve ligações de forma delocalizada, usando orbitais que se estendem pela molécula inteira, em vez de pares de elétrons localizados em ligações ou em átomos;
  2. permite calcular energias relativas de diferentes orbitais (ligantes e antiligantes), o que dá acesso a propriedades como força de ligação e comprimento de ligação;
  3. explica fenômenos que a Teoria de Lewis não prevê, como bandas de energia em sólidos, cores de compostos de transição e magnetismo de moléculas diatômicas;
  4. fornece um orbital de maior ocupação (HOMO) e um menor ocupação (LUMO), base para entender reatividade química (mecanismos pericíclicos, excitações eletrônicas etc.);
  5. é compatível com métodos quânticos computacionais, permitindo predições quantitativas de estruturas e propriedades.

Passo 3

Para a molécula de \mathrm{O}_{2} a Teoria de Lewis monta duas estruturas de ressonância com dupla ligação e todos os elétrons pareados, prevendo diamagnetismo. Já a TOM constrói o diagrama de orbitais moleculares preenchendo 16 elétrons nos orbitais gerados a partir dos átomos de oxigênio, conforme a ordem empírica para moléculas de segundo período:
(\sigma_{2s})^2(\sigma^*_{2s})^2(\sigma_{2p_z})^2(\pi_{2p_x})^2(\pi_{2p_y})^2(\pi^*_{2p_x})^1(\pi^*_{2p_y})^1.
Repare que há dois elétrons não-emparelhados nos orbitais \pi^*_{2p_x} e \pi^*_{2p_y}. Isso torna \mathrm{O}_{2} paramagnético, em perfeito acordo com o experimento (onde \mathrm{O}_{2} é atraído por campo magnético). A discrepância surge porque a Teoria de Lewis não inclui orbitais antiligantes nem elétrons desemparelhados em sua representação de ligação, enquanto a TOM leva em conta a formação de orbitais ligantes e antiligantes e o emparelhamento real dos elétrons.

Resposta

  • As vantagens da TOM incluem a descrição delocalizada das ligações, o cálculo de energias de orbitais ligantes e antiligantes, a previsão de propriedades eletrônicas (como magnetismo), e a compatibilidade com métodos quânticos computacionais.
  • No caso de \mathrm{O}_{2}, a Teoria de Lewis prevê diamagnetismo (todos os elétrons emparelhados), mas a TOM mostra que existem dois elétrons não-emparelhados em orbitais \pi^*, explicando corretamente o paramagnetismo observado.

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