Explique em termos de orbitais moleculares por que a ligação no íon
é mais curta que a ligação na molécula CF. (na resolução deve conter o esboço do diagrama de níveis de energia, a configuração eletrônica dos orbitais moleculares e o cálculo da ordem de ligação de cada uma das espécies).
Passo 1
O enunciado pede que a gente use Teoria de Orbitais Moleculares (TOM) para comparar o comprimento de ligação em CF (neutro) e em CF⁺ (cátion). Precisamos:
- Desenhar o diagrama de níveis de energia dos MOs que vêm dos orbitais 2s e 2p de C e F;
- Preencher a configuração eletrônica de cada MO para CF e CF⁺;
- Calcular a ordem de ligação (O.L.) via
A partir disso, explicar por que CF⁺ tem ligação mais curta que CF.
Passo 2
Construindo o diagrama de MOs (seguindo o padrão para diatômicos da 2ª linha, onde o σ(2p) fica abaixo dos π(2p)):
energia ↑
σ*(2p) —————
π*(2p) ————— (duas degeneradas)
σ(2p) —————
π(2p) ————— (duas degeneradas)
σ*(2s) —————
σ(2s) —————
molécula
Em cada nível, a gente vai colocar os elétrons das duas espécies.
Passo 3
Contagem de elétrons totais:
- CF neutro: C (6 e⁻) + F (9 e⁻) = 15 elétrons.
- CF⁺: um elétron a menos → 14 elétrons.
Agora preenchemos seguindo a ordem de energia (cada orbital comporta 2 e⁻):
Para CF (15 e⁻):
- σ(2s): 2 e⁻
- σ*(2s): 2 e⁻ → total 4
- σ(2p): 2 e⁻ → total 6
- π(2p) (duas): 4 e⁻ → total 10
- π*(2p) (duas): 4 e⁻ → total 14
- σ*(2p): 1 e⁻ → total 15
Para CF⁺ (14 e⁻):
- σ(2s): 2 e⁻
- σ*(2s): 2 e⁻ → total 4
- σ(2p): 2 e⁻ → total 6
- π(2p) (duas): 4 e⁻ → total 10
- π*(2p) (duas): 4 e⁻ → total 14
(nenhum e⁻ em σ*(2p) porque já acabaram os 14)
Passo 4
Agora separa elétrons ligantes (nos orbitais que aumentam estabilidade) e antiligantes (que enfraquecem a ligação):
Em TOM simplificado:
Orbitais ligantes são σ(2s), σ(2p) e π(2p).
Orbitais antiligantes são σ*(2s) e π*(2p) (e σ*(2p) quando houver).
Orbitais ligantes são σ(2s), σ(2p) e π(2p).
Orbitais antiligantes são σ*(2s) e π*(2p) (e σ*(2p) quando houver).
– Para CF:
nₗᵢg = 2(σ2s) + 2(σ2p) + 4(π2p) = 2 + 2 + 4 = 8
nₐₙₜ = 2(σ2s) + 4(π2p) + 1(σ*2p) = 2 + 4 + 1 = 7
Então
nₗᵢg = 2(σ2s) + 2(σ2p) + 4(π2p) = 2 + 2 + 4 = 8
nₐₙₜ = 2(σ2s) + 4(π2p) + 1(σ*2p) = 2 + 4 + 1 = 7
Então
– Para CF⁺:
nₗᵢg = 2 + 2 + 4 = 8 (mesmo que antes)
nₐₙₜ = 2(σ2s) + 4(π2p) = 6
nₗᵢg = 2 + 2 + 4 = 8 (mesmo que antes)
nₐₙₜ = 2(σ2s) + 4(π2p) = 6
Passo 5
Teoricamente, quanto maior a ordem de ligação, mais forte e mais curta é a ligação. CF tem O.L. = 0,5 e CF⁺ tem O.L. = 1,0. Ao remover um elétron de CF para formar CF⁺, retiramos um elétron de um orbital antiligante (σ*(2p)), aumentando a ordem de ligação. Com mais caráter ligante relativo, a nuvem eletrônica atrai mais fortemente os núcleos e encurta a distância internuclear.
Resposta
CF⁺ tem ligação mais curta que CF porque, na teoria de orbitais moleculares, a remoção de um elétron do orbital antiligante σ*(2p) eleva a ordem de ligação de 0,5 para 1,0, reforçando a ligação e diminuindo o comprimento internuclear.