Preveja a configuração do estado fundamental do íon hipoclorito,
. (Fazer um diagrama de orbital molecular e explicar ordem de ligação e número de elétrons desemparelhados)
Passo 1
O enunciado pede que eu preveja a configuração do estado fundamental do íon hipoclorito
. Especificamente, você quer:
- Um diagrama de orbital molecular (MO) para
. - A ordem de ligação (bond order).
- O número de elétrons desemparelhados no estado fundamental.
Informações relevantes dadas (ou diretamente deduzíveis do enunciado):
- O radical/íon considerado é
. - Átomos envolvidos: oxigénio (
) e cloro ( ). - Não há figura adicional a ser usada; trabalharemos com o modelo de orbitais moleculares valenciais (s e p) para o par heteronuclear O–Cl.
Passo 2
Escolha do método: vamos usar o modelo de orbitais moleculares valenciais (MO) para diatômicos heteronucleares, considerando as orbitais
e
valência de
e
. Por quê? Porque:
- O pedido envolve ordem de ligação e elétrons desemparelhados — essas propriedades vêm direto da ocupação dos MOs.
- Para moléculas diatômicas (ou aproximáveis por um par atômico), o modelo MO valencial é o método direto e didático para prever configuração eletrônica.
- Vamos usar a aproximação usual: formar MOs
(p ao longo do eixo) e (p perpendiculares), considerar a diferença de energia entre os AOs de (2p) e (3p) e aplicar Aufbau, princípio de Pauli e regra de Hund para preenchimento.
Passo 3
Conceitos fundamentais (explicação didática, sem pular etapas):
- Orbitais atômicos (AO) que participam:
tem valência ; tem valência . Vamos trabalhar com essas orbitais valência. - Formação de MOs: dois tipos principais vindos dos
-orbitais: -
(formado pelo componente ao longo do eixo internuclear). -
(formados pelos e , dois orbitais degenerados).
-
- Ordem energética típica: em diatômicos envolvendo oxigênio e elementos com orbitais
(como Cl), a ordem relativa das orbitais costuma ser como em : as estão abaixo da . Ou seja, a ordem (do mais baixo ao mais alto, para as MOs formadas a partir dos p) é , depois , depois , depois . Racionalização curta: a diferença de energia entre 2p (O) e 3p (Cl) reduz o efeito de mistura que, em elementos leves (B–N), inverteu essa ordem; com O envolvido, o padrão é o de . - Preenchimento: obedece Aufbau (preenchemos os MOs de menor para maior energia), princípio de Pauli (cada orbital recebe no máximo dois elétrons com spins opostos) e regra de Hund (ao ocupar orbitais degenerados, colocamos primeiro elétrons com spins paralelos).
Passo 4
Contagem de elétrons valência (etapa crucial para preencher MOs):
- Oxigênio:
elétrons de valência (configuração ). - Cloro:
elétrons de valência (configuração ). - Carga negativa do íon: mais
elétron.
Total de elétrons de valência a distribuir nos MOs:
Passo 5
Montagem do diagrama de orbitais moleculares (representação energética e ocupação). Vou escrever o escalonamento dos MOs valência do mais baixo para o mais alto e indicar quantos elétrons cada uma recebe enquanto os vamos preenchendo.
Diagrama energético (linha por linha, do topo para a base para facilitar a leitura; coloquei entre
os conteúdos para clareza):
Agora preenchemos os
elétrons seguindo a ordem de energia:
-
: recebe elétrons. (restam ) -
: recebe elétrons. (restam ) -
(duas orbitais): recebem elétrons (duas em cada). (restam ) -
: recebe elétrons. (restam ) -
(duas orbitais): recebem os últimos elétrons (duas em cada). (restam ) -
: fica vazia.
Em notação de ocupação isso fica:
Observações passo a passo sobre o preenchimento:
- Usei que as
vêm antes da (padrão -like) — isto fez com que as acabassem totalmente preenchidas no total de 14 elétrons. - Em nenhum ponto houve necessidade de deixar orbitais degeneradas com um único elétron sem parear, porque o número total permitiu emparelhar todos.]
Passo 6
Cálculo da ordem de ligação (bond order). Fórmula que usamos é simples e essencial:
onde
é o total de elétrons em orbitais ligantes e
o total em orbitais antiligantes.
Contagem a partir da ocupação:
-
Orbital ligante:
contribui com . -
Orbital ligante:
contribui com . -
Orbital ligante:
contribui com .
Total em ligantes:. -
Orbital antiligante:
contribui com . -
Orbital antiligante:
contribui com . -
está vazia (contribui ).
Total em antiligantes:.
Aplicando a fórmula:
Interpretação: ligação simples entre
e
, consistente com a estrutura de Lewis de
(um único traço Cl–O e pares de elétrons não-ligantes).
Passo 7
Número de elétrons desemparelhados:
- Olhando para a ocupação dos MOs listada em
, todos os orbitais ocupados têm elétrons pareados (cada orbital ocupado tem dois elétrons com spins opostos). - Portanto o número de elétrons desemparelhados é
.
Passo 8
Comentário sobre distribuição eletrônica (onde ficam os elétrons):
- Como as orbitais de
(2p) são energeticamente mais baixas que as de (3p), os MOs ligantes terão maior caráter em oxigênio (mais densidade eletrônica em O), enquanto as MOs antiligantes têm maior caráter em cloro. Isso significa que a carga negativa adicional tende a localizar-se mais em O, coerente com o fato de que o oxigênio é mais eletronegativo.
Resposta
Configuração do estado fundamental (ocupação dos MOs):
Ordem de ligação:
Elétrons desemparelhados:
Ordem de ligação:
Elétrons desemparelhados: