Faça o desenho dos diagramas de orbitais moleculares do (\mathrm{N}_{2}) e
.
Passo 1
O enunciado pede que eu faça os diagramas de orbitais moleculares de
e de
.
Informações dadas (implícitas no pedido): cada molécula é diatômica homonuclear, queremos o diagrama de MOs com a ordem de níveis energéticos, o preenchimento eletrônico e as propriedades relacionadas (como ordem de ligação e aparecimento de elétrons desemparelhados). Não há figura fornecida — vou desenhar os diagramas textuais (estilo “escada”) e explicar tudo passo a passo.
Informações dadas (implícitas no pedido): cada molécula é diatômica homonuclear, queremos o diagrama de MOs com a ordem de níveis energéticos, o preenchimento eletrônico e as propriedades relacionadas (como ordem de ligação e aparecimento de elétrons desemparelhados). Não há figura fornecida — vou desenhar os diagramas textuais (estilo “escada”) e explicar tudo passo a passo.
Passo 2
Conceitos básicos que vou usar (explicados de forma simples):
- Átomo ⇒ orbitais atômicos relevantes: para
e consideramos os níveis com maior importância para ligação: (núcleo, geralmente “deep” e não participa das diferenças químicas), e . Cada átomo traz elétrons para formar MOs. - MO (orbital molecular) é combinação linear de orbitais atômicos (LCAO): orbitais atômicos se combinam em orbitais ligantes (com densidade entre núcleos) e antiligantes (com nós entre núcleos). Ligantes têm energia menor que os átomos isolados; antiligantes têm energia maior.
- Notação:
designa orbitais com simetria ao longo do eixo internuclear; designa orbitais com simetria nodal diferente (dois lóbulos em torno do eixo). Antibonding tem asterisco: . Ex.: , , , , , etc. - Degenerescência: as
vindas de e são duas orbitais degeneradas (mesma energia). Em desenho, aparecem como duas linhas no mesmo nível. - Preenchimento: aplicamos o princípio de Aufbau (preencher do mais baixo ao mais alto), e o princípio de Hund para orbitais degenerados (um elétron por orbital com spins paralelos antes de emparelhar).
- Ordem de ligação (bond order):
. Isso dá ligação simples (1), dupla (2), tripla (3), etc. - Efeito s–p mixing (mistura
– ): nos diatômicos leves ( a ) há mistura que troca a ordem relativa de e ; para moléculas mais pesadas ( , ) essa mistura é pequena e a ordem é diferente. Vou explicar isso quando mostrar cada diagrama.
Passo 3
Quantidade de elétrons valentes que precisamos colocar:
- Cada átomo de
tem configuração . Valência por átomo = . Para : elétrons valentes totais . (Os elétrons são core e não mudam a química aqui.) - Cada átomo de
tem configuração . Valência por átomo = . Para : elétrons valentes totais .
Vou trabalhar com os orbitais de valência
e
. (Os MOs formados a partir de
são bem mais estáveis e normalmente desenhamos só como um bloco abaixo quando necessário.)
Passo 4
Explicar a ordem energética dos MOs (importante para saber em que ordem preencher):
- Para moléculas homonucleares leves (até
) a mistura – desloca o para cima, de modo que a ordem crescente de energia (após os ) é:
- Para moléculas a partir de
(inclusive ) a mistura é pequena e a ordem é:
Resumo prático: em
os
estão abaixo do
; em
o
está abaixo dos
.
Passo 5
Desenho + preenchimento passo a passo para
(valência total
elétrons):
- Ordem usada (caso de mistura):
. - Vou montar a “escada” (apenas valência) e colocar os
elétrons do mais baixo para o mais alto. Represento cada orbital com sua ocupação usando setas de spin ( , ). As duas degeneradas aparecem como duas linhas no mesmo nível.
Diagrama (valência) para
:
(Interprete:
com 2 elétrons,
com 2, as duas
juntas com 4 elétrons (ou seja, cada uma
), e
com 2 elétrons — total
.)
Explicação do preenchimento: segui Aufbau. Como as
vêm antes da
para
, elas são totalmente preenchidas antes de colocar elétrons em
. Não há elétrons nas orbitais antiligantes
nesta molécula.]
Passo 6
Cálculo da ordem de ligação para
:
-
elétrons em orbitais ligantes de valência (em ) (nas duas ) (em ) -
elétrons em orbitais antiligantes de valência (em ). - Então
Interpretação:
tem ordem de ligação
(ligação tripla), o que explica sua força e pequeno comprimento de ligação.
Passo 7
Desenho + preenchimento passo a passo para
(valência total
elétrons):
- Ordem usada (caso a partir de
): - Colocamos
elétrons do mais baixo ao mais alto. Lembre que as são degeneradas — aplicamos a regra de Hund nelas.
Diagrama (valência) para
:
(Interprete:
com 2,
com 2,
com 2, as duas
com 4, e as duas
com 2 elétrons totais, um em cada orbital degenerado com spins paralelos — total
.)
Importante: as duas setas não emparelhadas em
significam que
é paramagnética (tem
elétrons desemparelhados). Esse comportamento experimental (atração por campo magnético) é um teste clássico da teoria MO.]
Passo 8
Cálculo da ordem de ligação para
:
-
( ) ( ) ( ) -
( ) ( ) - Então
Interpretação:
tem ordem de ligação
(ligação dupla) e tem
elétrons desemparelhados — isso explica sua paramagnetia.
Passo 9
Resumo das diferenças e motivo físico:
- A diferença chave entre os diagramas de
e vem da intensidade da mistura – . Em átomos mais leves (até ) essa mistura empurra a para cima, fazendo com que as fiquem abaixo dela. Em a mistura é menor e a fica abaixo das . Essa mudança de ordem altera o preenchimento e, portanto, propriedades como ordem de ligação e presença de elétrons desemparelhados. - Em provas: memorize a regra prática: para diatômicos homonucleares de segunda linha, a troca acontece até
(ou seja, seguem ordem com abaixo de ; seguem a ordem inversa). Sempre conte elétrons de valência e aplique Aufbau + Hund para preencher.
Resposta
N
:
Ordem de ligação .
Ordem de ligação
O
:
Ordem de ligação ; dois elétrons desemparelhados (paramagnético).
Ordem de ligação