Preveja as configurações eletrônicas do estado fundamental da molécula de oxigênio, O2, do ín superóxido, O2 ^-, e do íon peróxido, O2 ^2-. 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 ( O2), no íon superóxido ( O2^-) e no íon peróxido ( O2^2-) 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 O2, 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 O2. As moléculas diatômicas de oxigênio têm uma configuração eletrônica específica. As orbitais sigma ( sigma) e pi ( pi) são preenchidas de acordo com a energia relativa delas. Para O2, a ordem de preenchimento fica assim:
  • sigma1s: 2 elétrons
  • sigma1s^*: 2 elétrons
  • sigma2s: 2 elétrons
  • sigma2s^*: 2 elétrons
  • sigma2pz: 2 elétrons
  • pi2px e pi2py: 4 elétrons (2 em cada)
  • pi2px^* e pi2py^*: 2 elétrons (1 em cada)

Passo 4

Agora, vamos calcular a ordem de ligação usando a fórmula:
Ordem de ligação = (número de elétrons ligantes - número de elétrons anti-ligantes)2 çãúéúé
Para O2:
  • Elétrons ligantes: 10
  • Elétrons anti-ligantes: 6
Ordem de ligação = 10 - 62 = 2 çã

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 ( O2^-). Agora, temos um elétron a mais, totalizando 17 elétrons. Esse elétron extra vai preencher uma das orbitais anti-ligantes pi^*.
Calculando a ordem de ligação:
  • Elétrons ligantes: 10
  • Elétrons anti-ligantes: 7
Ordem de ligação = 10 - 72 = 1.5 çã

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 O2.

Passo 8

Por fim, vamos analisar o íon peróxido ( O2^2-), que tem dois elétrons a mais, totalizando 18 elétrons. Esses elétrons extras preenchem completamente as orbitais anti-ligantes pi^*.
Calculando a ordem de ligação:
  • Elétrons ligantes: 10
  • Elétrons anti-ligantes: 8
Ordem de ligação = 10 - 82 = 1 çã

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 O2 quanto ao íon superóxido.

Resposta

Resumindo:
  • O2: Ordem de ligação = 2 (ligação dupla), força de ligação maior e comprimento menor.
  • O2^-: Ordem de ligação = 1.5 (ligação intermediária), força de ligação moderada e comprimento intermediário.
  • O2^2-: Ordem de ligação = 1 (ligação simples), força de ligação menor e comprimento maior.

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