- Esboce os diagramas de energia dos orbitais moleculares do íon
e desenhe o respectivo diagrama de níveis de energia.
(c) A ligação H-H é mais longa em
ou em
?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (i) esboçar os diagramas de energia dos orbitais moleculares do íon
e desenhar o respectivo diagrama de níveis de energia; (ii) responder se a ligação H–H é mais longa em
ou em
.
Informações importantes que já temos do enunciado (implícitas na fórmula das espécies):
- Cada átomo de H tem um orbital Atômico
. -
tem elétrons no total. -
tem elétrons no total (dois do mais um elétron extra). - Precisamos usar o modelo de orbitais moleculares (MO) formando orbitais ligantes e antiligantes a partir dos
dos dois H.
Passo 2
Conceito básico (com calma): como se formam os orbitais moleculares de
/
.
Quando dois orbitais atômicos
se combinam, surgem duas combinações possíveis:
- combinação construtiva → orbital molecular ligante chamado
(energia menor que a dos isolados); - combinação destrutiva → orbital molecular antiligante chamado
(energia maior que a dos isolados).
Regras importantes para preencher os MOs:
- Preenche-se os orbitais por ordem crescente de energia (princípio da Aufbau).
- Cada orbital comporta até dois elétrons com spins opostos (princípio de exclusão de Pauli).
- Ordem de energia simples para H–H:
(mais baixo) e depois (mais alto).
Também a fórmula prática que vamos usar para avaliar força/ordem de ligação é:
onde
é o número total de elétrons em orbitais ligantes e
é o número total de elétrons em orbitais antiligantes.
Passo 3
Contagem de elétrons e preenchimento para
e
.
-
Para
: total de elétrons . - Preenche-se
com elétrons: . -
fica vazio.
- Preenche-se
-
Para
: total de elétrons . - Preenche-se
com elétrons: . - O elétron extra vai para
: (um elétron não pareado).
- Preenche-se
Passo 4
Esboço dos diagramas de níveis de energia (representação simples).
Diagrama para
:
Diagrama para
:
(Visualmente, imagine duas linhas horizontais: a linha de baixo é
com dois elétrons emparelhados; a linha de cima é
com zero elétrons em
e com um elétron em
.)
Passo 5
Cálculo das ordens de ligação e interpretação quantitativa simples.
- Para
:
- Para
:
Explicação: ocupar orbitais antiligantes diminui a contribuição líquida de ligação porque elétrons em
tendem a repelir e enfraquecer a ligação. Assim, adicionar o terceiro elétron reduz a ordem de ligação de
para
.
Passo 6
Relação ordem de ligação ↔ comprimento de ligação ↔ energia de ligação.
Regras qualitativas (muito usadas na prova e fáceis de lembrar):
- Maior ordem de ligação → ligação mais forte → comprimento de ligação menor.
- Menor ordem de ligação → ligação mais fraca → comprimento de ligação maior.
Como a ordem de ligação de
(
) é menor que a de
(
), a ligação H–H em
é mais fraca e, portanto, mais longa.
Passo 7
Outros pontos úteis (curiosidades rápidas que às vezes caem na prova):
- Magnetismo:
é diamagnético (todos os elétrons pareados). tem um elétron não pareado em , portanto é paramagnético. - Estabilidade: como a ordem de ligação é menor,
é menos estável do que e tende a ser uma espécie reativa/transitória.
Resposta
A ligação H–H é mais longa em
.