Qual das seguintes espécies tem a maior energia de ionização?
\mathrm{N}_{2} \mathrm{O}_{2} \mathrm{~N}_{2}{ }^{2-} \mathrm{O}_{2}{ }^{+}

Passo 1

O enunciado pergunta qual das espécies \mathrm{N}_2, \mathrm{O}_2, \mathrm{N}_2^{2-} e \mathrm{O}_2^+ tem a maior energia de ionização. O conteúdo envolvido é teoria de orbitais moleculares e como o número de elétrons e a carga afetam a energia necessária para remover o elétron mais externo (energia de ionização).

Passo 2

A energia de ionização ( \mathrm{IE}) é a energia mínima para remover um elétron. Em termos de orbital molecular, aproximadamente
\mathrm{IE}\;\propto\;-E_{\text{HOMO}},
isto é, quanto mais baixo (mais estável) estiver o orbital ocupado mais alto será \mathrm{IE}.

Passo 3

Vamos contar elétrons e cargas:
\mathrm{N}_2 tem 7+7=14 elétrons;
\mathrm{O}_2 tem 8+8=16 elétrons;
\mathrm{N}_2^{2-} tem 14+2=16 elétrons;
\mathrm{O}_2^+ tem 16-1=15 elétrons.
Mais elétrons significam maior repulsão e orbital HOMO menos ligado (menor \mathrm{IE}). Além disso, quanto maior a carga positiva da espécie, maior a atração nuclear efetiva e maior a \mathrm{IE}.

Passo 4

Comparando:
\mathrm{N}_2^{2-} é um ânion com 16 elétrons e pouca atração nuclear \Rightarrow IE mais baixa.
\mathrm{O}_2 (neutro, 16 elétrons) atrai elétrons menos fortemente que \mathrm{N}_2 (neutro, 14 elétrons) \Rightarrow IE( \mathrm{O}_2) < IE( \mathrm{N}_2).
\mathrm{N}_2 (neutro) tem IE maior que \mathrm{O}_2.
\mathrm{O}_2^+ é cátion ( 15 elétrons), forte atração nuclear sobre menor número de elétrons \Rightarrow \mathrm{IE}(\mathrm{O}_2^+) é a maior.

Resposta

\mathrm{O}_2^+

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