Discuta a ligação química do O2 utilizando as teorias (i) da Ligação de Valência (TLV) e (ii) de Orbitais Moleculares (TOM); qual modelo é mais adequado para explicar o paramagnetismo do O2?

Passo 1

Beleza, o enunciado pede que a gente discuta como o O₂ se liga segundo duas teorias: (i) Teoria da Ligação de Valência (TLV) e (ii) Teoria de Orbitais Moleculares (TOM). Também querem saber qual delas explica melhor o paramagnetismo do O₂. Então o conteúdo é química de ligações (orbitais atômicos, σ, π, híbridos) e teorias de ligação; a gente vai precisar desenhar overlap de orbitais e montar diagrama MO, além de entender o que é paramagnetismo (elétrons desemparelhados).

Passo 2

Resolvendo pela TLV (Ligação de Valência):
  1. Cada átomo de O tem configuração 1s² 2s² 2p⁴. No total, são 6 elétrons de valência por átomo.
  2. Nas TLV a gente pensa em overlap direto de orbitais atômicos não-híbridos:
    • O eixo internuclear é z, então os pᶻ fazem overlap frontal formando uma ligação σ: pz(O) + pz(O) longrightarrow sigma2p
    • Os dois p restantes (pₓ e p_y) sobrepõem lateralmente, formando duas ligações π: px + px longrightarrow pi2p, py + py longrightarrow pi2p
  3. Com isso a TLV prevê que O₂ tem uma ligação σ e duas ligações π, ou seja, uma ligação dupla.
  4. Na TLV todos os elétrons terminam emparelhados nos orbitais de ligação ou nos não-ligantes, então ela prevê O₂ diamagnético.
Conclusão: TLV explica número de ligações e geometria (simples), mas erra feio ao prever que O₂ é diamagnético.

Passo 3

Resolvendo pela TOM (Orbitais Moleculares):
  1. A gente combina todos os orbitais atômicos 2s e 2p dos dois oxigênios e obtém MOs com energia crescente:
    σ₂s, σ₂s, σ₂p_z, π₂p_x=π₂p_y, π₂p_x=π₂p_y, σ₂p_z
  2. Temos 12 elétrons de valência no total (6+6). Vou preencher da menor energia para a maior:
    • σ₂s (2 e⁻)
    • σ₂s (2 e⁻)
    • σ₂p_z (2 e⁻)
    • π₂p_x e π₂p_y (4 e⁻ no total)
    • sobram 2 e⁻ → vão para π
    ₂p_x e π*₂p_y, um em cada
  3. Esses últimos dois elétrons ficam desemparelhados nas orbitais antibonding π*. Isso gera paramagnetismo!

Passo 4

Comparando os dois modelos:
• TLV acerta a ordem de força da ligação (dupla em O₂) mas falha em explicar por que O₂ é atraído por um campo magnético.
• TOM consegue prever direitinho o número de ligações e mostra explicitamente que existem 2 elétrons desemparelhados, explicando o paramagnetismo.

Resposta

A Teoria de Orbitais Moleculares (TOM) é mais adequada, pois ela prevê corretamente que O₂ tem dois elétrons desemparelhados em MOs π* e, portanto, é paramagnético.

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