20.18 Quais das seguintes espécies podem ser paramagnéticas?
(a) \mathrm{Na}_{2} \mathrm{O}
(b) \mathrm{Na}_{2} \mathrm{O}_{2}
(c) \mathrm{KO}_{2}
(d) \mathrm{O}_{2} \mathrm{~F}_{2}

Passo 1

O enunciado lista quatro compostos com oxigênio e pede quais podem ser paramagnéticos, ou seja, quais apresentam elétrons desemparelhados. Vamos usar o modelo de orbitais moleculares (MO) da espécie \mathrm{O}_2 e de seus íons peróxido ( \mathrm{O}_2^{2-}) e superóxido ( \mathrm{O}_2^{-}), além de raciocinar sobre o ânion óxido ( \mathrm{O}^{2-}) e a molécula \mathrm{O}_2\mathrm{F}_2.

Passo 2

Para \mathrm{Na}_2\mathrm{O} temos o íon óxido \mathrm{O}^{2-}. Esse íon tem configuração eletrônica igual à de \mathrm{Ne}, ou seja, 1s^2\,2s^2\,2p^6, totalizando 10 elétrons no oxigênio, todos emparelhados. Logo, \mathrm{Na}_2\mathrm{O} é diamagnético.

Passo 3

Em \mathrm{Na}_2\mathrm{O}_2 aparece o íon peróxido \mathrm{O}_2^{2-}. Na teoria MO, \mathrm{O}_2 tem 16 elétrons e dois elétrons desemparelhados em \pi^*. Ao adicionar mais 2 elétrons para formar \mathrm{O}_2^{2-}, temos 18 elétrons que preenchem completamente esses orbitais \pi^*, eliminando desemparelhados. Assim, \mathrm{Na}_2\mathrm{O}_2 é diamagnético.

Passo 4

Em \mathrm{KO}_2 aparece o íon superóxido \mathrm{O}_2^{-}. Aqui \mathrm{O}_2 com 16 elétrons recebe apenas 1 elétron extra, totalizando 17. Esse elétron ocupa um orbital \pi^* sem emparelhamento, gerando 1 elétron desemparelhado. Portanto, \mathrm{KO}_2 é paramagnético.

Passo 5

A molécula \mathrm{O}_2\mathrm{F}_2 (difluoreto de dióxido) é análoga ao peróxido \mathrm{H}_2\mathrm{O}_2 e pode ser vista como uma espécie com esqueleto \mathrm{O}_2^{2-} ligado a átomos de flúor. Pelo mesmo raciocínio do peróxido, o fragmento \mathrm{O}_2 internamente comporta-se como \mathrm{O}_2^{2-} com 18 elétrons, sem elétrons desemparelhados. Logo, \mathrm{O}_2\mathrm{F}_2 é diamagnético.

Passo 6

Dos quatro compostos, só aquele que contém o íon superóxido \mathrm{O}_2^{-} apresenta elétron desemparelhado e, portanto, é paramagnético.

Resposta

(c) \mathrm{KO}_2 é paramagnético.

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