Sobre a molécula de O2.
Desenhe o diagrama de energia para os orbitais moleculares para essa molécula.

Passo 1

Beleza! A questão pede pra desenhar o diagrama de energia dos orbitais moleculares da molécula de O2.
Conteúdo: Química Inorgânica – Teoria de Orbital Molecular (TOM).
O que vamos precisar:
  1. Saber quantos elétrons tem O2.
  2. Conhecer os orbitais atômicos 2s e 2p de cada átomo de oxigênio.
  3. Saber a ordem de energia dos MOs (orbitais moleculares) em O2.
  4. Preencher esses MOs segundo o princípio de Aufbau, Pauli e Hund.

Passo 2

Quantos elétrons?
Cada átomo de O tem 8 elétrons, então O2 tem 16 elétrons para colocar nos MOs.
Orbitais atômicos envolvidos em cada átomo:
  • camada 2s (dois elétrons possíveis)
  • camada 2p (seis elétrons possíveis: px, py, pz)

Passo 3

Qual a ordem de energia dos MOs em O2?
Para moléculas diatômicas de elementos a partir do oxigênio, a sequência energética (de baixo para cima) é:
sigma2s;<;sigma^*2s;<;sigma2pz;<;pi2px=pi2py;<;pi^*2px=pi^*2py;<;sigma^*2pz
Explicando por cima:
  • As ligações sigma vindas de 2s são as mais fortes (mais baixas), depois vem suas antissorções ( sigma^*2s).
  • Em O2 a interação sigma2pz fica abaixo de pi2p (ao contrário de moléculas mais leves).
  • Após os orbitais ligantes vêm os orbitais antissintonia pi^* e no topo o sigma^*2pz.

Passo 4

Vamos preencher os 16 elétrons seguindo:
  1. Princípio de Aufbau (do mais baixo para o mais alto)
  2. Princípio de exclusão de Pauli (máximo 2 elétrons por orbital, spins opostos)
  3. Regra de Hund (orbitais degenerados recebem 1 elétron antes de receber o segundo)
Preenchimento:
  • sigma2s : 2 elétrons
  • sigma^*2s: 2 elétrons
  • sigma2pz: 2 elétrons
  • pi2px e pi2py: 4 elétrons (2 em cada)
  • pi^*2px e pi^*2py: 4 elétrons (2 em cada)
  • sigma^*2pz: 2 elétrons
Total: 2 + 2 + 2 + 4 + 4 + 2 = 16 elétrons.

Passo 5

Agora é só montar o diagrama, com os orbitais atômicos do O à esquerda e à direita e, no meio, os MOs preenchidos. Vou usar uma “arte ASCII” misturada com LaTeX:
            O (2s,2p)                      MO                                    O (2s,2p)  
              │                             │                                     │  
          2s  │                             │ 2s  
              │                             │  
              └─── σ_{2s} (2e⁻) ───┐        │  
              ┌─── σ^*_{2s} (2e⁻) ──┘        │  
          2p  │                             │ 2p  
              │                             │  
              └─── σ_{2p_z} (2e⁻) ───┐      │  
              ┌─── π_{2p_x},π_{2p_y} (4e⁻) ─┘│  
              └─── π^*_{2p_x},π^*_{2p_y} (4e⁻) ─┐  
              ┌─── σ^*_{2p_z} (2e⁻) ────────────┘  
Legenda:
  • Cada setinha ou par de elétrons “(2e⁻)” indica quantos elétrons há naquele MO.
  • As linhas verticais à esquerda e à direita são os AOs de cada átomo antes de formar a molécula.

Resposta

Diagrama de energia dos orbitais moleculares de O2:
            O (2s,2p)                      MO                                    O (2s,2p)  
              │                             │                                     │  
          2s  │                             │ 2s  
              │                             │  
              └─── $\sigma_{2s}$ (2e⁻) ───┐        │  
              ┌─── $\sigma^*_{2s}$ (2e⁻) ──┘        │  
          2p  │                             │ 2p  
              │                             │  
              └─── $\sigma_{2p_z}$ (2e⁻) ───┐      │  
              ┌─── $\pi_{2p_x},\pi_{2p_y}$ (4e⁻) ─┘│  
              └─── $\pi^*_{2p_x},\pi^*_{2p_y}$ (4e⁻) ─┐  
              ┌─── $\sigma^*_{2p_z}$ (2e⁻) ────────────┘

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