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?

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o íon \mathrm{OF^-}: (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 -1. 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).

Passo 2

Contando elétrons: cada átomo fornece seus elétrons atômicos e há um elétron extra por causa da carga -1. O oxigênio tem 8 elétrons, o flúor tem 9 elétrons, logo o total é
8 + 9 + 1 = 18\\ \text{elétrons}.é
Vou usar a teoria de orbitais moleculares (MO): formam-se MOs a partir das combinações das AOs (orbitais atômicos) \mathrm{1s},\;2s,\;2p 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 \pi 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 MO \sigma_{2p} fica energeticamente abaixo das \pi_{2p} (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):
\sigma_{1s} < \sigma_{1s}^* < \sigma_{2s} < \sigma_{2s}^* < \sigma_{2p}\; <\; \pi_{2p}\; <\; \pi_{2p}^* \; <\; \sigma_{2p}^*.
Aqui \sigma_{2p} é a orbital ligações \sigma formada pelos 2p_z (e está abaixo das \pi_{2p}), \pi_{2p} representa as duas orbitais \pi 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 18 elétrons, obedecendo Aufbau / Pauli / Hund. Vou listar as MOs com a ocupação (expoente = nº de elétrons naquela MO):
\sigma_{1s}^2,\; \sigma_{1s}^{*2},\; \sigma_{2s}^2,\; \sigma_{2s}^{*2},\; \sigma_{2p}^2,\; \pi_{2p}^4,\; \pi_{2p}^{*4},\; \sigma_{2p}^{*0}.
Explicando passo a passo: os oito primeiros elétrons preenchem 1s e 1s^* (núcleos), os próximos quatro preenchem 2s e 2s^* (total 12 até aqui), sobrando 6 elétrons para os orbitais 2p. Esses 6 vão ocupar primeiro \sigma_{2p} com 2 elétrons e em seguida as duas \pi_{2p} com 4 elétrons (ou seja, cada \pi recebe 2 elétrons — estão totalmente pareadas). Como temos 18 elétrons, ainda há 4 elétrons a mais que ocupam as \pi_{2p}^* anti-ligantes (totalizando 4 nelas). A \sigma_{2p}^* 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:
\text{ordem de ligação} = \frac{N_b - N_a}{2},çã
onde N_b é o número de elétrons em orbitais ligantes e N_a o número de elétrons em orbitais anti-ligantes. Contando a partir do preenchimento:
  • Elétrons em orbitais ligantes: \sigma_{1s}^2 + \sigma_{2s}^2 + \sigma_{2p}^2 + \pi_{2p}^4 = 2 + 2 + 2 + 4 = 10. (os 1s 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: \sigma_{1s}^{*2} + \sigma_{2s}^{*2} + \pi_{2p}^{*4} = 2 + 2 + 4 = 8.
Logo:
\text{ordem de ligação} = \frac{10 - 8}{2} = \frac{2}{2} = 1.çã
Interpretação física rápida: há efetivamente um par de elétrons ligantes líquidos que resulta em ligação simples entre O e F no íon \mathrm{OF^-}.

Passo 6

Determinação do número de elétrons desemparelhados: olhando para a ocupação que escrevi em passo 4,
\sigma_{2p}^2,\; \pi_{2p}^4,\; \pi_{2p}^{*4}
todos esses orbitais estão completamente pareados — não há orbital com apenas um elétron. Portanto o número de elétrons desemparelhados é
0.
Consequência: o íon \mathrm{OF^-} é diamagnético (não tem spins não compensados no estado fundamental).

Resposta

Ordem de ligação = 1
Elétrons desemparelhados = 0

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