O íon hipofluoreto, OF-, pode ser observado apenas com dificuldade.
a. prepare um diagrama de nível de energia de orbital molecular para esse íon.
b. Qual é a ordem de ligação e quantos elétrons desemparelhados o íon tem?
a. prepare um diagrama de nível de energia de orbital molecular para esse íon.
b. Qual é a ordem de ligação e quantos elétrons desemparelhados o íon tem?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para o íon
: (a) preparar um diagrama de níveis de energia de orbitais moleculares (MO) para esse íon; (b) determinar a ordem de ligação e quantos elétrons desemparelhados o íon tem.
Informações relevantes dadas ou implícitas que vou usar sem perguntar nada: o íon é diatômico (átomos de oxigênio e flúor ligados) e tem carga . Vou precisar do número total de elétrons, da ordem de energia típica das MOs para átomos de segunda linha e das regras de preenchimento (Princípio de Aufbau, princípio de exclusão de Pauli e regra de Hund).
Informações relevantes dadas ou implícitas que vou usar sem perguntar nada: o íon é diatômico (átomos de oxigênio e flúor ligados) e tem carga
Passo 2
Contando elétrons: cada átomo fornece seus elétrons atômicos e há um elétron extra por causa da carga
. O oxigênio tem
elétrons, o flúor tem
elétrons, logo o total é
Vou usar a teoria de orbitais moleculares (MO): formam-se MOs a partir das combinações das AOs (orbitais atômicos)
dos dois átomos. Regras importantes que vou aplicar e que explico brevemente:
- Princípio de Aufbau: preencher as MOs em ordem de energia crescente.
- Princípio de Pauli: cada orbital molecular comporta no máximo dois elétrons com spins opostos.
- Regra de Hund: em orbitais degenerados (como os dois
do mesmo nível), preencher com elétrons desemparelhados antes de parear, para minimizar repulsão.
Outra observação teórica crucial: para diatômicos formados por átomos de número atômico alto (a partir do oxigênio e flúor), a MOfica energeticamente abaixo das (ordem característica de O2, F2 etc.). Também, por ser heteronuclear, as MOs terão contribuição desigual dos átomos — o flúor, mais eletronegativo, terá AOs mais estáveis (mais baixas em energia) e contribuirá mais para as MOs de menor energia.
Passo 3
Escrevo a ordem de energia das MOs que vou usar (da mais baixa para a mais alta) — sem mistura s–p (caso de O–F não há troca forte que inverta a ordem):
Aqui
é a orbital ligações
formada pelos
(e está abaixo das
),
representa as duas orbitais
degeneradas e o superscrito
indica orbitais anti-ligantes. Como o flúor é mais eletronegativo, os níveis moleculares têm uma contribuição maior do lado do flúor nas MOs de menor energia (vou comentar isso quando desenhar/mostrar ocupação).
Passo 4
Preenchimento das MOs com os
elétrons, obedecendo Aufbau / Pauli / Hund. Vou listar as MOs com a ocupação (expoente = nº de elétrons naquela MO):
Explicando passo a passo: os oito primeiros elétrons preenchem
e
(núcleos), os próximos quatro preenchem
e
(total 12 até aqui), sobrando
elétrons para os orbitais
. Esses
vão ocupar primeiro
com
elétrons e em seguida as duas
com
elétrons (ou seja, cada
recebe 2 elétrons — estão totalmente pareadas). Como temos
elétrons, ainda há
elétrons a mais que ocupam as
anti-ligantes (totalizando
nelas). A
permanece vazia. Note que todos os elétrons neste enchimento ficam pareados — não sobrou nenhum elétron desemparelhado.
Passo 5
Agora calculo a ordem de ligação usando a fórmula padrão:
onde
é o número de elétrons em orbitais ligantes e
o número de elétrons em orbitais anti-ligantes. Contando a partir do preenchimento:
- Elétrons em orbitais ligantes:
(os também são ligantes; usar todo conjunto dá o mesmo resultado final que considerar somente elétrons de valência, desde que se faça consistente.) - Elétrons em orbitais anti-ligantes:
Logo:
Interpretação física rápida: há efetivamente um par de elétrons ligantes líquidos que resulta em ligação simples entre O e F no íon
.
Passo 6
Determinação do número de elétrons desemparelhados: olhando para a ocupação que escrevi em passo 4,
todos esses orbitais estão completamente pareados — não há orbital com apenas um elétron. Portanto o número de elétrons desemparelhados é
Consequência: o íon
é diamagnético (não tem spins não compensados no estado fundamental).
Resposta
Ordem de ligação =
Elétrons desemparelhados =
Elétrons desemparelhados =