Dê a configuração eletrônica no estado fundamental do (a)
(b)
(c)
.
Passo 1
O que o enunciado pede: dar a configuração eletrônica no estado fundamental de três moléculas: (a)
, (b)
e (c)
.
Informações dadas / necessárias (que vou calcular): número total de elétrons de cada sistema:
Informações dadas / necessárias (que vou calcular): número total de elétrons de cada sistema:
- Para
: cada H tem elétron, mais o sinal negativo indica elétron extra → total elétrons. Ou seja, elétrons no molécula. - Para
: cada N tem número atômico → total elétrons. - Para
: cada O tem número atômico → total elétrons.
Observação: a resolução a seguir vai usar os orbitais moleculares (MOs) derivados de orbitais atômicos
e as regras de preenchimento (Aufbau, princípio de Pauli e regra de Hund). A resposta final pedida é apenas a configuração eletrônica no estado fundamental de cada espécie.
Passo 2
Breve aula: o que são orbitais moleculares e como anotar o preenchimento (do modo que usaremos).
- Quando dois átomos se combinam, seus orbitais atômicos se combinam formando orbitais moleculares (MOs). Combinações construtivas geram orbitais ligantes (menor energia) e combinações destrutivas geram orbitais antiligantes (maior energia).
- Notação comum:
indica tipo de MO com simetria axial; indica MO com dois lóbulos perpendiculares. Um asterisco indica orbital antiligante. Subscritos indicam de qual orbital vem (por ex. ). Em diatômicos homonucleares aparece a etiqueta / (gerade/ungerade) mas aqui usaremos a notação simplificada , , , . - Regras de preenchimento:
- Princípio de Aufbau: preenche-se MOs de menor para maior energia.
- Princípio de Pauli: cada orbital comporta no máximo
elétrons com spins opostos. - Regra de Hund: quando existir degenerescência (como as duas
do mesmo nível), distribuem-se elétrons com spins paralelos antes de emparelhar.
- Fórmula prática para ordem de ligação (bond order):
onde é o número de elétrons em orbitais ligantes e é o número de elétrons em orbitais antiligantes. Isso dá uma ideia da força da ligação.
Passo 3
Ordem de energia das MOs que vamos usar (caso importante: a ordem muda entre moléculas leves como
e moléculas mais pesadas como
). As duas ordens relevantes são:
- Para
(átomos relativamente leves): depois de preencher os e , a ordem é Logo a sequência relevante (do menor para o maior) é - Para
e moléculas mais pesadas: o acoplamento - diminui e a ordem troca, ficando isto é, a sequência relevante é
Explicação curta do porquê: em átomos mais leves há mistura entre
e
que eleva a energia do
relativo às
; em átomos mais pesados essa mistura é menor e o
fica mais estável (mais baixo).
Passo 4
Aplicando tudo no caso (a)
(temos
elétrons no total).
- Os elétrons de H vêm do orbital
. Os MOs relevantes são (ligante) e (antiligante). - Preenchimento (Aufbau + Pauli): primeiro
recebe elétrons emparelhados; resta elétron que entra em . - Portanto a configuração eletrônica em MOs (estado fundamental) é
- Ordem de ligação:
(em ), (em ), logo Conclusão física rápida: ligação fraca (ordem ) e há um elétron desemparelhado → espécie paramagnética.
Passo 5
Aplicando ao caso (b)
(temos
elétrons no total).
- Usamos a ordem de energia válida para
: abaixo de . A sequência relevante (ignorando os que são núcleo, mas eu vou escrevê-los também) é - Preenchimento elétron a elétron (contando todos os
): -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ).
-
- Assim a configuração em MOs (estado fundamental) é
- Ordem de ligação: somando elétrons ligantes
. Elétrons antiligantes . Logo Conclusão física: ordem de ligação (ligação tripla) e todos os elétrons emparelhados → diamagnético.
Passo 6
Aplicando ao caso (c)
(temos
elétrons no total).
- Para
usamos a ordem de energia em que é mais baixa que . A sequência relevante é - Preenchimento elétron a elétron (contando
): -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ); -
→ elétrons (restam ).
-
- Assim a configuração em MOs (estado fundamental) é
- Ordem de ligação: elétrons ligantes
. Elétrons antiligantes . Logo Conclusão física: ordem de ligação (dupla) e há dois elétrons desemparelhados nos orbitais → é paramagnético (isto é famoso: tem spin não nulo).
Resposta
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)