20.44 Por que o paramagnetismo do \mathrm{NO}_{2} decresce com a diminuição da temperatura?

Passo 1

O enunciado pergunta por que o paramagnetismo do \mathrm{NO}_{2} decresce quando a temperatura diminui. O conteúdo envolvido é propriedades magnéticas de gases, equilíbrio químico e o princípio de Le Chatelier.

Passo 2

O paramagnetismo surge de elétrons desemparelhados e, para um único composto paramagnético, a suscetibilidade magnética \chi obedece à Lei de Curie:
\chi = \frac{C}{T}
onde C é uma constante. Assim, isoladamente, \chi deveria aumentar ao reduzir T. No entanto, o dióxido de nitrogênio não permanece apenas como \mathrm{NO}_{2}.
Há um equilíbrio de dimerização:
2\,\mathrm{NO}_{2} \rightleftharpoons \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}
A reação é exotérmica ( \Delta H<0) e a molécula \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} é diamagnética (todos os elétrons pareados).

Passo 3

Pelo princípio de Le Chatelier, ao diminuir a temperatura o equilíbrio se desloca no sentido exotérmico, favorecendo a formação de \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} e diminuindo a concentração de \mathrm{NO}_{2}.
Com menos \mathrm{NO}_{2} (espécie paramagnética) e mais \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} (diamagnética), a suscetibilidade magnética total do sistema cai.

Resposta

À medida que a temperatura diminui, o equilíbrio
2\,\mathrm{NO}_{2} \rightleftharpoons \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}
desloca-se para a formação de \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} diamagnético, reduzindo a fração de \mathrm{NO}_{2} paramagnético e, portanto, seu paramagnetismo.

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