Preveja as configurações eletrônicas do estado fundamental da molécula de oxigênio,
, do ín superóxido,
, e do íon peróxido,
. Calcule as respectivas ordens de ligação e preveja a força e os comprimentos de ligação relativos dessas espécies.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente descobrir como estão distribuidas as elétrons na molécula de oxigênio (
), no íon superóxido (
) e no íon peróxido (
) no estado fundamental. Além disso, precisamos calcular a ordem de ligação de cada uma dessas espécies e prever a força e o comprimento das ligações entre os átomos de oxigênio. Para resolver isso, vamos usar a teoria das orbitais moleculares, que ajuda a entender como os elétrons se comportam nas moléculas.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que cada átomo de oxigênio tem 8 elétrons. Quando dois oxigênios se ligam para formar
, a molécula total terá 16 elétrons. Precisamos distribuir esses elétrons nas orbitais moleculares seguindo as regras de preenchimento, como a regra de Hund e o princípio de exclusão de Pauli.
Passo 3
Vamos montar o diagrama de orbitais moleculares para
. As moléculas diatômicas de oxigênio têm uma configuração eletrônica específica. As orbitais sigma (
) e pi (
) são preenchidas de acordo com a energia relativa delas. Para
, a ordem de preenchimento fica assim:
-
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
: 2 elétrons -
e : 4 elétrons (2 em cada) -
e : 2 elétrons (1 em cada)
Passo 4
Agora, vamos calcular a ordem de ligação usando a fórmula:
Para
:
- Elétrons ligantes: 10
- Elétrons anti-ligantes: 6
Passo 5
Com a ordem de ligação em mãos, podemos prever que uma ordem de ligação de 2 indica uma ligação dupla entre os átomos de oxigênio. Isso significa que a força da ligação é moderada e o comprimento da ligação é menor do que em moléculas com ordens de ligação menores.
Passo 6
Vamos repetir o processo para o íon superóxido (
). Agora, temos um elétron a mais, totalizando 17 elétrons. Esse elétron extra vai preencher uma das orbitais anti-ligantes
.
Calculando a ordem de ligação:
- Elétrons ligantes: 10
- Elétrons anti-ligantes: 7
Passo 7
Com uma ordem de ligação de 1,5, concluímos que o íon superóxido tem uma ligação entre ligações simples e duplas. Isso resulta em uma força de ligação menor e um comprimento de ligação maior comparado ao
.
Passo 8
Por fim, vamos analisar o íon peróxido (
), que tem dois elétrons a mais, totalizando 18 elétrons. Esses elétrons extras preenchem completamente as orbitais anti-ligantes
.
Calculando a ordem de ligação:
- Elétrons ligantes: 10
- Elétrons anti-ligantes: 8
Passo 9
Uma ordem de ligação de 1 indica uma ligação simples entre os átomos de oxigênio no íon peróxido. Isso significa que a força da ligação é menor e o comprimento de ligação é maior comparado tanto ao
quanto ao íon superóxido.
Resposta
Resumindo:
-
: Ordem de ligação = 2 (ligação dupla), força de ligação maior e comprimento menor. -
: Ordem de ligação = 1.5 (ligação intermediária), força de ligação moderada e comprimento intermediário. -
: Ordem de ligação = 1 (ligação simples), força de ligação menor e comprimento maior.