Explique os seguintes fatos:
(a)
(b)
(c)
As energias de dissociação do
e
são, respectivamente, 493,6 e
. Descreva a ligação esperada para cada um, e explique a diferença nesses valores. O valor para o
seria maior ou menor que o do
?
(a)
(b)
(c)
As energias de dissociação do
Passo 1
Lista clara do que o enunciado pede e o que nos é dado.
- Reações a explicar (estão escritas no enunciado; corrijo a notação óbvia de carga quando necessário):
- (a)
. - (b)
. - (c)
.
- (a)
- Dados numéricos fornecidos:
- Energia de dissociação de
: . - Energia de dissociação de
: .
- Energia de dissociação de
- Perguntas a responder:
- Descrever a ligação esperada para cada espécie (tipo de ligação, como muda ao ganhar/perder elétron).
- Explicar por que existe a diferença entre as energias de dissociação de
e . - Dizer se a energia de dissociação de
seria maior ou menor que a de .
Passo 2
Conceitos essenciais (explicação didática e passo a passo) — o que precisamos para entender as respostas.
- Ideia central: orbitais moleculares (OM) e elétrons em orbitais ligantes versus antiligantes.
- Em moléculas diatômicas, os orbitais atômicos combinam formando orbitais moleculares ligados (baixam energia, favorecem ligação) e orbitais antiligantes (aumentam energia, enfraquecem ligação).
- Quando um elétron ocupa um orbital ligado isso fortalece a ligação; quando ocupa um orbital antiligante isso enfraquece.
- Fórmula prática e muito usada: a ordem de ligação (bond order)
onde: -
é o número de elétrons em orbitais ligados, -
é o número de elétrons em orbitais antiligantes. - Essa ordem de ligação é um indicador: ordem maior → ligação mais forte, maior energia de dissociação e geralmente comprimento de ligação menor.
-
- Como os elétrons se organizam (esquematicamente, útil para O
, N , NO): - Níveis relevantes (ordem e nomes, sem entrar em muitos detalhes técnicos):
. - Para O
e NO a ocupação relevante próxima da HOMO/LUMO envolve as orbitais e (as são orbitais antiligantes). - Para N
o HOMO é fortemente ligante (configuração leva a ordem de ligação para N ).
- Níveis relevantes (ordem e nomes, sem entrar em muitos detalhes técnicos):
- Regra qualitativa de efeito de ganhar/perder elétron:
- Perder um elétron que estava em orbital antiligante → diminui
→ aumenta ordem de ligação → ligação fica mais forte. - Ganhar um elétron que vai para orbital antiligante → aumenta
→ diminui ordem de ligação → ligação enfraquece.
- Perder um elétron que estava em orbital antiligante → diminui
- Observação prática: estabilidade de íons depende também de energias absolutas (energia de ionização, afinidade eletrônica). Mesmo se uma mudança de elétron aumente a ordem de ligação, isso não garante que a formação do íon seja energeticamente favorável no gás.
Passo 3
Aplicando os conceitos a
e
(ligação e razão da diferença de energias fornecidas).
- Ocupação eletrônica (contando só os níveis relevantes):
-
tem elétrons de valência no total. - Distribuição simplificada: orbitais ligantes ocupados somam
elétrons; orbitais antiligantes ocupados somam elétrons. - Aplicando a fórmula:
Isso significa que tem, em termos de OM, uma ordem de ligação — uma “dupla” com caráter especial (dois pares de elétrons ligantes).
-
- Se ionizamos
retirando um elétron: - O elétron removido sai de um orbital
(um orbital antiligante). - Para
passa a valer e . - Ordem de ligação:
Ou seja, a ligação se torna mais forte (ordem aumenta de para ).
- O elétron removido sai de um orbital
- Conexão com as energias de dissociação dadas:
- Uma maior ordem de ligação significa maior energia necessária para quebrar a ligação.
- Isso explica por que a energia de dissociação de
( ) é maior que a de ( ): ao tirar um elétron de um orbital antiligante a ligação fica mais forte e, portanto, mais energia é necessária para dissociar a molécula.
- Resumo concreto para (a):
-
: ordem de ligação (ligação dupla). -
: ordem de ligação (ligação mais forte que a de ). - Diferença nas energias de dissociação vem exatamente do fato de que a ionização removeu um elétron antiligante, reforçando a ligação.
-
Passo 4
Aplicando aos casos (b)
e (c)
.
(b)
- Estado neutro
: -
tem elétrons de valência. - Ocupação típica:
(orbitais ligantes) e (orbitais antiligantes ), portanto Essa é a famosa ligação tripla muito forte de .
-
- Ao adicionar um elétron:
- O elétron extra entra no menor orbital disponível — que é um orbital antiligante do tipo
(ou, em termos práticos, um orbital que enfraquece a ligação). - Para
temos e , logo A ordem de ligação diminui de para : a ligação enfraquece.
- O elétron extra entra no menor orbital disponível — que é um orbital antiligante do tipo
- Consequências energéticas e experimentais:
- Em termos de ligação, a formação de
tornaria a ligação mais fraca; portanto não é favorável para tornar a molécula mais estável. - De fato, a afinidade eletrônica do
no gás é negativa ou muito pequena (o ânion gasoso é pouco estável), logo não é formado facilmente em condições normais — isto corresponde ao fato prático de que adicionar elétron a N é energeticamente desfavorável.
- Em termos de ligação, a formação de
- Resumo para (b):
- Adicionar elétron a
coloca-o em orbital antiligante → diminui ordem de ligação → enfraquece a ligação → é instável ou energeticamente desfavorável no gás.
- Adicionar elétron a
(c)
-
é uma molécula com número ímpar de elétrons: elétrons de valência. - Ocupação simplificada:
(orbitais ligados) e (algum preenchimento em ), de modo que Assim, tem ordem de ligação (é um radical com ligação entre dupla e tripla).
- Ocupação simplificada:
- Ao ionizar (perder o elétron não pareado):
- O elétron removido vem do orbital
(antiligante). - Para
ficamos com e , logo A ordem de ligação sobe para : tem caráter de ligação tripla (é isoelectrônico de ).
- O elétron removido vem do orbital
- Consequência:
- A ionização de
fortalece a ligação (remoção do elétron antiligante), então terá maior energia de dissociação e ligação mais curta que .
- A ionização de
Passo 5
Concretizando a intuição: relação ordem de ligação ↔ energia de dissociação ↔ estabilidade do íon
- Regra prática e intuitiva: remover elétron de orbital antiligante → aumenta ordem de ligação → aumenta energia de dissociação (ligação mais forte). Ex.:
e . - Ganhar elétron em orbital antiligante → diminui ordem de ligação → diminui energia de dissociação (ligação mais fraca). Ex.:
seria enfraquecedor. - Observação energética adicional: a formação de íons envolve outras energias (energia de ionização, afinidade eletrônica). Assim:
- Mesmo que a ligação interna fique mais forte ao ionizar, a ionização precisa de energia alta (mas, se fornecida, o fragmento iônico fica mais ligado internamente).
- No caso de
, mesmo que conceitualmente se consiga uma ordem , a afinidade eletrônica negativa impede que o ânion seja formado de modo estável no gás.
Resposta
(a)
: ordem de ligação
(ligação dupla).
: ordem
(remoção de elétron antiligante
aumenta a ordem e fortalece a ligação). Isso explica por que a energia de dissociação sobe de
(
) para
(
).
(b) : ordem de ligação
(ligação tripla).
: ordem
(o elétron adicional ocupa orbital antiligante e enfraquece a ligação); além disso,
é energeticamente pouco estável/no gás é desfavorável (baixa/negativa afinidade eletrônica).
(c) : ordem de ligação
(radical).
: ordem
(remoção do elétron antiligante aumenta a ordem e fortalece a ligação).
Quanto a : a energia de dissociação de
seria menor que a de
(porque a ionização remove um elétron de um orbital ligante, diminuindo a ordem de ligação de
para
).
(b)
(c)
Quanto a