(Teoria do Orbital Molecular) Construa o diagrama, dê a configuração eletrônica e a ordem de ligação para:
NO

Passo 1

O enunciado pede três coisas para a molécula monótona NO: construir o diagrama de orbitais moleculares, dar a configuração eletrônica (em termos de OM) e calcular a ordem de ligação. Informações relevantes (implícitas no enunciado) que vamos usar: a molécula é formada por nitrogênio ( N, 7 elétrons totais; 5 elétrons de valência) e oxigênio ( O, 8 elétrons totais; 6 elétrons de valência), portanto o número total de elétrons de valência do sistema é (5+6)=11. Não há figura fornecida: a construção do diagrama será feita textual/energética e preenchida conforme a teoria de OM.

Passo 2

Rápida aula sobre o que são e como pensar em Orbitais Moleculares (OM), de forma prática para a prova.
  • Conceito: em Teoria do Orbital Molecular, os orbitais atômicos se combinam formando orbitais moleculares que pertencem a toda a molécula. Alguns OM são ligantes (reduzem a energia quando ocupados) e outros são anti-ligantes (aumentam a energia quando ocupados).
  • Tipos importantes: os OM obtidos de 2p podem ser do tipo \sigma (eixo ligado) ou \pi (perpendiculares ao eixo). As combinações de 2s geram \sigma_{2s} (ligante) e \sigma_{2s}^* (antiligante). Das combinações de 2p aparecem \sigma_{2p}, \pi_{2p} (degeneradas duas \pi) e suas correspondentes anti-ligantes \pi_{2p}^*, \sigma_{2p}^*.
  • Contagem de elétrons: usaremos os 11 elétrons de valência para preencher os OM do mais baixo ao mais alto em energia, respeitando o princípio de Aufbau, o princípio de exclusão de Pauli e Hund (preencher primeiro com spins paralelos as orbitais degeneradas).
  • Ordem de ligação (bond order): é dada por
\text{ordem de ligação} = \frac{N_{\text{elétrons ligantes}} - N_{\text{elétrons antiligantes}}}{2}.çãéé
Essa fórmula mede quantas ligações efetivas existem entre os átomos.

Passo 3

Qual ordem energética usar para as OM 2p? Explicação prática e como decidir (isso costuma confundir em prova).
  • Em diatômicos homonucleares da 2ª linha: para \mathrm{B_2, C_2, N_2} ocorre mistura s- p e a ordem é \sigma_{2p} acima das \pi_{2p}. Para \mathrm{O_2, F_2} a mistura é pequena e a ordem é \pi_{2p} abaixo de \sigma_{2p}.
  • No caso de NO (heteronuclear), o átomo de oxigênio é mais eletronegativo e puxa os níveis para baixo; o comportamento prático e padrão usado em química inorgânica é adotar a ordem de energia do lado de \mathrm{O_2}, ou seja, as orbitais \pi_{2p} ficam energeticamente abaixo de \sigma_{2p}. Essa escolha é a que dá resultados consistentes para NO (bond order e spin observados experimentalmente).
Portanto, usaremos a ordem: \sigma_{2s} < \sigma_{2s}^* < \pi_{2p} < \sigma_{2p} < \pi_{2p}^* < \sigma_{2p}^*.

Passo 4

Construção textual do diagrama de OM (níveis e tipos) para NO — explicando o que cada nível representa e qual a ocupação que vamos colocar.
Níveis (do mais baixo em energia para o mais alto), considerando apenas elétrons de valência:
\underbrace{\sigma_{2s}}_{\text{ligante}} \;<\; \underbrace{\sigma_{2s}^*}_{\text{antiligante}} \;<\; \underbrace{\pi_{2p}\\ (\text{duas orbitais degeneradas})}_{\text{ligantes}} \;<\; \underbrace{\sigma_{2p}}_{\text{ligante}} \;<\; \underbrace{\pi_{2p}^*\\ (\text{duas orbitais degeneradas})}_{\text{antiligantes}} \;<\; \underbrace{\sigma_{2p}^*}_{\text{antiligante}}.
Comentário prático: cada uma das \pi_{2p} (e das \pi_{2p}^*) aceita até 2 elétrons (uma por spin), e são duas orbitais degeneradas (portanto capacidade total 4 elétrons cada conjunto).

Passo 5

Preenchimento dos elétrons ( 11 elétrons de valência) passo a passo, do nível mais baixo para o mais alto, sempre indicando quantos elétrons sobram:
  1. Preencher \sigma_{2s} com 2 elétrons. Restam 11-2=9.
  2. Preencher \sigma_{2s}^* com 2 elétrons. Restam 9-2=7.
  3. Preencher as duas orbitais \pi_{2p} (ligantes): elas aceitam até 4 elétrons no total. Colocamos 4. Restam 7-4=3.
  4. Preencher \sigma_{2p} com 2 elétrons. Restam 3-2=1.
  5. O único elétron restante entra em uma das orbitais degeneradas \pi_{2p}^* (antiligantes). Agora restam 0.
Assim, todas as 11 elétrons foram acomodados conforme a ordem escolhida.

Passo 6

Escrevendo a configuração eletrônica em termos de orbitais moleculares (forma compacta e padrão):
(\sigma_{2s})^2(\sigma_{2s}^*)^2(\pi_{2p})^4(\sigma_{2p})^2(\pi_{2p}^*)^1.
Explicação do que cada expoente significa: por exemplo, (\pi_{2p})^4 significa que as duas orbitais \pi_{2p} estão totalmente preenchidas com 4 elétrons no total; (\pi_{2p}^*)^1 indica 1 elétron na camada antiligante \pi^*.

Passo 7

Cálculo detalhado da ordem de ligação usando a fórmula, contando explicitamente elétrons ligantes e antiligantes:
  • Elétrons em OM ligantes: \sigma_{2s} tem 2, \pi_{2p} tem 4, \sigma_{2p} tem 2. Total de elétrons ligantes:
N_{\text{lig}} = 2 + 4 + 2 = 8.
  • Elétrons em OM antiligantes: \sigma_{2s}^* tem 2, \pi_{2p}^* tem 1. Total de elétrons antiligantes:
N_{\text{anti}} = 2 + 1 = 3.
  • Aplicando a fórmula:
\text{ordem de ligação} = \frac{N_{\text{lig}} - N_{\text{anti}}}{2} = \frac{8-3}{2} = \frac{5}{2}.çã
Interpretação: ordem de ligação \frac{5}{2}=2,5. Ou seja, a ligação em NO é meia-ligação a mais que uma dupla ligação — é entre dupla e tripla.

Passo 8

Consequências importantes e observáveis (úteis na prova e para entender a molécula):
  • Há um elétron desemparelhado em \pi_{2p}^* ( (\pi_{2p}^*)^1), logo NO é um radical e é paramagnético (tem momento magnético).
  • Como NO é heteronuclear e o oxigênio é mais eletronegativo, as OM têm maior contribuição do O nas energias mais baixas — isto significa que há uma leve polaridade, com densidade eletrônica puxada para o oxigênio (detalhar sinais parciais não é exigido para a ordem de ligação, mas é bom saber).
  • Para NO^+ (remoção de 1 elétron), a configuração fica com 10 elétrons de valência e a ordem de ligação aumenta para 3 (isto explica porque NO^+ é isoeletrônico de N_2).

Resposta

Diagrama de OM (ordem energética e ocupação): \sigma_{2s}^2 < \sigma_{2s}^{*2} < \pi_{2p}^4 < \sigma_{2p}^2 < \pi_{2p}^{*1} < \sigma_{2p}^{*0}
Configuração eletrônica em OM: (\sigma_{2s})^2(\sigma_{2s}^*)^2(\pi_{2p})^4(\sigma_{2p})^2(\pi_{2p}^*)^1
Ordem de ligação: \dfrac{5}{2}

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