Explique o paramagnetismo do O2

Passo 1

Beleza, o enunciado pede para a gente “explicar o paramagnetismo do O₂”. Isso é química física (ou físico-química), mais especificamente Teoria de Orbitais Moleculares (TOM) e magnetismo molecular. Para resolver vamos precisar:
  1. Entender o que é paramagnetismo (vs. diamagnetismo);
  2. Montar o diagrama de orbitais moleculares do O₂;
  3. Ver quantos elétrons ficam desemparelhados.

Passo 2

Primeiro, o que é paramagnetismo?
  • Um material é paramagnético se, no nível molecular, existem elétrons desemparelhados. Esses elétrons têm spin “livre” e fazem o material ser atraído por um campo magnético.
  • Já em um diamagnético, todos os elétrons estão emparelhados e o material até repele levemente um campo magnético.

Passo 3

Agora entra a Teoria de Orbitais Moleculares (TOM). Resumindo rápido:
  1. Cada átomo traz seus orbitais atômicos (no caso do O, 1s, 2s, 2p);
  2. Eles se combinam (construtivos e destrutivos) formando orbitais moleculares (σ, σ*, π, π*, etc.);
  3. A gente preenche esses orbitais moleculares com os elétrons totais da molécula, do mais baixo em energia para o mais alto, obedecendo o Princípio de Aufbau, Pauli e Hund.

Passo 4

Vamos ao O₂. Cada oxigênio tem 8 elétrons, total de 16 elétrons para distribuir. O diagrama (para O₂ e F₂, onde π₂p fica antes de σ₂p) é:
(σ₂s)² (σ₂s)² (σ₂p)² (π₂p)⁴ (π₂p)²
Em TeX:
(sigma2s)^2;(sigma^*2s)^2;(sigma2p)^2;(pi2p)^4;(pi^*2p)^2
Repare que os dois elétrons em (pi^*2p)^2 vão ocupar dois orbitais π* separados, cada um com spin não pareado (princípio de Hund).

Passo 5

Conclusão do raciocínio:
— Os dois elétrons em pi^*2p não estão emparelhados.
— Por causa desses spins livres, a molécula de O₂ gera um momento magnético e é atraída por um ímã.

Resposta

O O₂ é paramagnético porque, no seu diagrama de orbitais moleculares, sobram dois elétrons desemparelhados nos orbitais pi^*2p, o que faz com que seja atraído por campos magnéticos.

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