Para as espécies \mathrm{CO}, \mathrm{NO}^{+}, \mathrm{CN}^{-}, \mathrm{N}_{2} e \mathrm{O}_{2}, assinale a que apresenta configuração eletrônica diferente das demais:
a) CO
b) \mathrm{NO}^{+}
c) \mathrm{CN}^{-}
d) \mathrm{N}_{2}

Passo 1

O que o enunciado pede: identificar, dentre as espécies \mathrm{CO}, \mathrm{NO}^{+}, \mathrm{CN}^{-}, \mathrm{N}_{2} e \mathrm{O}_{2}, qual apresenta configuração eletrônica diferente das demais.
Informações relevantes fornecidas:
  • As espécies listadas são diatômicas (ou quase: \mathrm{CO} e íons derivados) da segunda linha da tabela periódica.
  • As espécies a comparar são: \mathrm{CO} (a), \mathrm{NO}^{+} (b), \mathrm{CN}^{-} (c), \mathrm{N}_{2} (d) e \mathrm{O}_{2} (e).
  • Não há imagens ou tabelas adicionais no enunciado.

Passo 2

Ideia central (sem resolver ainda): para comparar configurações eletrônicas de moléculas diatômicas usamos a teoria dos orbitais moleculares (MO). Vou explicar a parte necessária, passo a passo, bem didático.
O que é relevante da teoria MO para este problema:
  • Cada átomo traz orbitais atômicos que se combinam formando orbitais moleculares ligantes e antiligantes.
  • Para os elementos da segunda linha consideramos principalmente os orbitais de valência 2s e 2p.
  • A ordem energética dos orbitais moleculares formados a partir de 2s e 2p pode ser de dois tipos, dependendo da espécie:
    • Para moléculas “leves” (como \mathrm{B}_2,\mathrm{C}_2,\mathrm{N}_2, e espécies isoeletônicas a elas) existe mistura s\!-\!p e a ordem é, em termos importantes para nós: \sigma(2s),\\ \sigma^*(2s),\\ \pi(2p),\\ \sigma(2p),\\ \pi^*(2p),\\ \sigma^*(2p).
    • Para moléculas “mais pesadas” da mesma linha (como \mathrm{O}_2,\mathrm{F}_2) a ordem passa a ser: \sigma(2s),\\ \sigma^*(2s),\\ \sigma(2p),\\ \pi(2p),\\ \pi^*(2p),\\ \sigma^*(2p).
  • Em cada orbital molecular cabe no máximo dois elétrons com spins opostos (princípio de exclusão de Pauli) e orbitais degenerados ( \pis) recebem elétrons seguindo Hund (preencher com spins paralelos antes de emparelhar).
Resumo prático para o exame:
  • Contar elétrons de valência da molécula/íon.
  • Escolher a ordem MO correta (para nossos casos: usar a ordem tipo \mathrm{N}_2 para espécies com o mesmo número de elétrons de valência que \mathrm{N}_2; usar a ordem tipo \mathrm{O}_2 para \mathrm{O}_2).
  • Preencher os MOs e comparar configurações.

Passo 3

Contagem de elétrons de valência (vamos trabalhar com elétrons de valência 2s e 2p, que são os que definem a configuração MO que nos interessa):
  • \mathrm{N}_2: cada \mathrm{N} tem 5 elétrons de valência \Rightarrow total 5+5=10.
  • \mathrm{CO}: \mathrm{C} tem 4, \mathrm{O} tem 6 \Rightarrow total 4+6=10.
  • \mathrm{CN}^{-}: \mathrm{C} tem 4, \mathrm{N} tem 5, mais 1 carga negativa \Rightarrow total 4+5+1=10.
  • \mathrm{NO}^{+}: \mathrm{N} tem 5, \mathrm{O} tem 6, menos 1 carga positiva \Rightarrow total 5+6-1=10.
  • \mathrm{O}_2: cada \mathrm{O} tem 6 \Rightarrow total 6+6=12.
Observação importante: quatro espécies têm 10 elétrons de valência ( \mathrm{N}_2,\mathrm{CO},\mathrm{CN}^-,\mathrm{NO}^+) e \mathrm{O}_2 tem 12. Isso já é um forte indício de que \mathrm{O}_2 pode ter configuração diferente — mas vamos mostrar explicitamente as configurações MO para ficar cristalino.

Passo 4

Preenchimento MO para as espécies com 10 elétrons de valência ( \mathrm{N}_2,\mathrm{CO},\mathrm{CN}^{-},\mathrm{NO}^{+}).
Usamos aqui a ordem energética aplicável a \mathrm{N}_2 (mistura s\!-\!p relevante):
\sigma(2s),\\ \sigma^*(2s),\\ \pi(2p),\\ \sigma(2p),\\ \pi^*(2p),\\ \sigma^*(2p).
Agora preenchemos 10 elétrons nos níveis, contando dois por orbital:
  • \sigma(2s): 2 elétrons
  • \sigma^*(2s): 2 elétrons (total até aqui 4)
  • \pi(2p) (degenerados \pi_x,\pi_y): 4 elétrons (total 8)
  • \sigma(2p): 2 elétrons (total 10)
Logo a configuração de valência para essas quatro espécies é
\boxed{\sigma(2s)^2\\ \sigma^*(2s)^2\\ \pi(2p)^4\\ \sigma(2p)^2.}
Comentário amistoso: é por isso que \mathrm{CO},\\ \mathrm{NO}^{+},\\ \mathrm{CN}^{-} e \mathrm{N}_2 são considerados isoeletrônicas — têm o mesmo número de elétrons de valência preenchendo os mesmos MOs.

Passo 5

Preenchimento MO para \mathrm{O}_2 (tem 12 elétrons de valência).
Para \mathrm{O}_2 usamos a ordem tipo oxigênio, em que \sigma(2p) está abaixo das \pi(2p):
\sigma(2s),\\ \sigma^*(2s),\\ \sigma(2p),\\ \pi(2p),\\ \pi^*(2p),\\ \sigma^*(2p).
Preenchendo 12 elétrons de valência:
  • \sigma(2s): 2 elétrons
  • \sigma^*(2s): 2 elétrons (total 4)
  • \sigma(2p): 2 elétrons (total 6)
  • \pi(2p): 4 elétrons (total 10)
  • restam 2 elétrons que entram nos orbitais antiligantes \pi^*(2p): \pi^*(2p)^2 (total 12)
Portanto a configuração de valência de \mathrm{O}_2 é
\boxed{\sigma(2s)^2\\ \sigma^*(2s)^2\\ \sigma(2p)^2\\ \pi(2p)^4\\ \pi^*(2p)^2.}
Observação física útil e clássica: esses dois elétrons em \pi^*(2p) ficam desemparelhados (um em cada orbital \pi^*_x e \pi^*_y com spins paralelos), o que explica a paramagnetismo experimental de \mathrm{O}_2. Isso já mostra uma diferença qualitativa em relação às quatro espécies isoelectrônicas anteriores, que têm todos os orbitais de ligação preenchidos e nenhum elétron nos \pi^*(2p).

Passo 6

Conclusão comparativa e motivo da resposta:
  • \mathrm{CO}, \mathrm{NO}^{+}, \mathrm{CN}^{-} e \mathrm{N}_{2} têm todas 10 elétrons de valência e a mesma configuração de MOs de valência: \sigma(2s)^2\\ \sigma^*(2s)^2\\ \pi(2p)^4\\ \sigma(2p)^2.
  • \mathrm{O}_2 tem 12 elétrons de valência e configuração diferente: \sigma(2s)^2\\ \sigma^*(2s)^2\\ \sigma(2p)^2\\ \pi(2p)^4\\ \pi^*(2p)^2.
Portanto a espécie com configuração eletrônica diferente é \mathrm{O}_2.
Força aí — você já viu o raciocínio completo, contando elétrons e preenchendo os níveis MO. Na prova, conte elétrons de valência primeiro e verifique se o caso é tipo \mathrm{N}_2 ou tipo \mathrm{O}_2; isso quase sempre resolve rapidinho.

Resposta

d) \mathrm{O}_2

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