Determine as configurações eletrônicas para as espécies \mathrm{O}_{2}^{+}, \mathrm{O}_{2} e \mathrm{O}_{2}^{-}. Calcule a ordem de ligação para cada um e indique quais são paramagnéticos.
\mathrm{O}_{2}{ }^{+},(\sigma 1 \mathrm{~s})^{2}\left(\sigma 1 \mathrm{~s}^{*}\right)^{2}(\sigma 2 \mathrm{~s})^{2}\left(\sigma 2 \mathrm{~s}^{*}\right)^{2}(\sigma 2 \mathrm{p})^{2}(\pi 2 \mathrm{p})^{2}(\pi 2 \mathrm{p})^{2}\left(\pi 2 \mathrm{p}^{*}\right)^{1}, \mathrm{OL}=2,5, paramagnético;
\mathrm{O}_{2},(\sigma 1 \mathrm{~s})^{2}\left(\sigma 1 \mathrm{~s}^{*}\right)^{2}(\sigma 2 \mathrm{~s})^{2}\left(\sigma 2 \mathrm{~s}^{*}\right)^{2}(\sigma 2 \mathrm{p})^{2}(\pi 2 \mathrm{p})^{2}(\pi 2 \mathrm{p})^{2}\left(\pi 2 \mathrm{p}^{*}\right)^{1}\left(\pi 2 \mathrm{p}^{*}\right)^{1}, \mathrm{OL}=2, paramagnético
\mathrm{O}_{2}{ }^{2-},(\sigma 1 \mathrm{~s})^{2}\left(\sigma 1 \mathrm{~s}^{*}\right)^{2}(\sigma 2 \mathrm{~s})^{2}\left(\sigma 2 \mathrm{~s}^{*}\right)^{2}(\sigma 2 \mathrm{p})^{2}(\pi 2 \mathrm{p})^{2}(\pi 2 \mathrm{p})^{2}\left(\pi 2 \mathrm{p}^{*}\right)^{2}\left(\pi 2 \mathrm{p}^{*}\right)^{2}, OL =1, diamagnético

Passo 1

O enunciado pede as configurações eletrônicas no modelo de orbitais moleculares (MO) para \mathrm{O}_2^+, \mathrm{O}_2 e \mathrm{O}_2^-, além de calcular a ordem de ligação (O.L.) em cada caso e indicar quais são paramagnéticos. Vamos usar o diagrama de MO para moléculas diatômicas e a definição
\mathrm{O.L.}=\frac{N_{\text{elétrons em orbitais ligantes}}-N_{\text{elétrons em orbitais antiligantes}}}{2}.éé

Passo 2

A sequência de energias dos orbitais moleculares para o oxigênio (e superiores) é
\sigma1\mathrm{s}<\sigma^*1\mathrm{s}<\sigma2\mathrm{s}<\sigma^*2\mathrm{s} <\sigma2\mathrm{p}<\pi2\mathrm{p}<\pi^*2\mathrm{p}<\sigma^*2\mathrm{p}.

Passo 3

Contamos o número total de elétrons em cada espécie:
\mathrm{O}_2^+ tem 15 elétrons.
\mathrm{O}_2 tem 16 elétrons.
\mathrm{O}_2^- tem 17 elétrons.

Passo 4

Preenchemos os MOs até o total de elétrons em cada espécie. Usamos como referência os elétrons dos orbitais 1\mathrm{s} (core) sempre preenchidos em todas elas.
Para \mathrm{O}_2^+ 15 e ^-:
(\sigma1\mathrm{s})^2(\sigma^*1\mathrm{s})^2(\sigma2\mathrm{s})^2(\sigma^*2\mathrm{s})^2 (\sigma2\mathrm{p})^2(\pi2\mathrm{p})^4(\pi^*2\mathrm{p})^1.
Para \mathrm{O}_2 16 e ^-:
(\sigma1\mathrm{s})^2(\sigma^*1\mathrm{s})^2(\sigma2\mathrm{s})^2(\sigma^*2\mathrm{s})^2 (\sigma2\mathrm{p})^2(\pi2\mathrm{p})^4(\pi^*2\mathrm{p})^2.
Para \mathrm{O}_2^- 17 e ^-:
(\sigma1\mathrm{s})^2(\sigma^*1\mathrm{s})^2(\sigma2\mathrm{s})^2(\sigma^*2\mathrm{s})^2 (\sigma2\mathrm{p})^2(\pi2\mathrm{p})^4(\pi^*2\mathrm{p})^3.

Passo 5

Calculamos a ordem de ligação em cada espécie contando só os elétrons dos orbitais de valência \sigma2\mathrm{s},\sigma^*2\mathrm{s},\sigma2\mathrm{p},\pi2\mathrm{p},\pi^*2\mathrm{p}:
Para \mathrm{O}_2^+:
N _\text{ligantes}= 2+2+4=8,
N _\text{antiligantes}= 2+1=3,
\mathrm{O.L.}=\frac{8-3}{2}=2,5.
Para \mathrm{O}_2:
N _\text{ligantes}= 8,
N _\text{antiligantes}= 2+2=4,
\mathrm{O.L.}=\frac{8-4}{2}=2.
Para \mathrm{O}_2^-:
N _\text{ligantes}= 8,
N _\text{antiligantes}= 2+3=5,
\mathrm{O.L.}=\frac{8-5}{2}=1,5.

Passo 6

Verificamos elétrons desemparelhados em cada configuração:
\mathrm{O}_2^+ tem um elétron em \pi^*2\mathrm{p} \to 1 desemparelhado → paramagnético.
\mathrm{O}_2 tem dois elétrons desemparelhados (um em cada \pi^*) → paramagnético.
\mathrm{O}_2^- tem três elétrons em \pi^*2\mathrm{p}, ou seja, 1 desemparelhado → paramagnético.

Resposta

\mathrm{O}_2^+:
Configuração
(\sigma1\mathrm{s})^2(\sigma^*1\mathrm{s})^2(\sigma2\mathrm{s})^2(\sigma^*2\mathrm{s})^2 (\sigma2\mathrm{p})^2(\pi2\mathrm{p})^4(\pi^*2\mathrm{p})^1,
O.L. =2,5, paramagnético. \mathrm{O}_2:
Configuração
(\sigma1\mathrm{s})^2(\sigma^*1\mathrm{s})^2(\sigma2\mathrm{s})^2(\sigma^*2\mathrm{s})^2 (\sigma2\mathrm{p})^2(\pi2\mathrm{p})^4(\pi^*2\mathrm{p})^2,
O.L. =2, paramagnético. \mathrm{O}_2^-:
Configuração
(\sigma1\mathrm{s})^2(\sigma^*1\mathrm{s})^2(\sigma2\mathrm{s})^2(\sigma^*2\mathrm{s})^2 (\sigma2\mathrm{p})^2(\pi2\mathrm{p})^4(\pi^*2\mathrm{p})^3,
O.L. =1,5, paramagnético.

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