(Teoria do Orbital Molecular) Construa o diagrama, dê a configuração eletrônica e a ordem de ligação para:
LiH
LiH
Passo 1
O enunciado pede que eu construa o diagrama de orbitais moleculares (MO) para o diatômico
, dê a configuração eletrônica molecular e calcule a ordem de ligação. Informações fornecidas (que vou usar diretamente):
- Lítio: número atômico
, configuração eletrônica atômica . - Hidrogênio: número atômico
, configuração atômica . - Número total de elétrons no sistema:
.
Passo 2
Primeiro passo prático para montar o diagrama: identificar quais orbitais atômicos (AOs) vão participar da formação de MOs. Vou listar os AOs relevantes e justificar se participam ou não.
- O orbital
do lítio está muito mais ligado (energia bem baixa) e é um orbital core. Em geral, orbitais core com energias muito diferentes das órbitais de valência do outro átomo têm sobreposição fraca e não participam de ligações fortes. Portanto o do Li permanece essencialmente não-ligante (localizado no Li). - Os orbitais que realmente interagem para formar a ligação são o orbital
do Li e o orbital do H: são os AOs de valência. Então vou combinar com . - Conclusão prática: vou considerar (a) o
como não participante (core não-ligante) e (b) formar duas MOs a partir de e : uma MO ligante e uma MO antiligante .
Explicando didaticamente (sem pular etapas): quando dois AOs se combinam linearmente, formam uma combinação construtiva (ligante) e uma destrutiva (antiligante). A força dessa combinação depende de:
- Energia relativa dos AOs (quanto mais próximas, maior mistura).
- Sobreposição espacial (simetria e proximidade).
No caso LiH, há mistura entree , mas devido à diferença de energia, o orbital resultante terá caráter desigual: o MO ligante tende a se localizar mais no átomo cujo AO tem energia mais baixa (aqui o é energeticamente mais estável que o ), então o ligante terá mais caráter de H; o antiligante fica com mais caráter de Li.
Passo 3
Agora construo qualitativamente o diagrama de níveis de energia (descrição textual do diagrama que você desenharia no exame):
- No lado do Li: um nível baixo correspondendo a
ocupado com dois elétrons (orbital core, não interage). - Em níveis de valência:
e (AOs) que se combinam: - Combinação construtiva: MO ligante
. - Combinação destrutiva: MO antiligante
.
- Combinação construtiva: MO ligante
- Energeticamente, o conjunto ficará, de baixo para cima:
-
(não participando) — ocupado com 2 elétrons. -
— MO ligante (ocupada com elétrons de valência). -
— MO antiligante (vazia).
-
- Dica prática para prova: desenhe os dois AOs de valência lado a lado, trace duas combinações (uma com mesmas fases -> ligante; outra com fases opostas -> antiligante) e coloque a ligante abaixo dos AOs originais (mais estável) e a antiligante acima.
Passo 4
Preenchimento dos elétrons nas MOs (regra de Aufbau, princípio de exclusão de Pauli, e Hund quando aplicável):
- Total de elétrons:
(do enunciado / soma dos átomos). - Dois elétrons ocupam o orbital core
: portanto (não interferem na ligação). - Restam
elétrons de valência para distribuir entre as MOs formadas por e . - Esses
elétrons vão preencher primeiro a MO ligante com um par de spins opostos. - A MO antiligante
permanece vazia.
Escrevendo a configuração molecular de maneira clara:
- Núcleo/core:
. - MOs valência:
, .
Passo 5
Cálculo da ordem de ligação (fórmula e aplicação):
- Fórmula usada:
- Aqui
(dois ocupando ) e . - Portanto,
Interpretação: ligações simples (um par de elétrons ligantes) — corresponde a uma ligação
entre Li e H.
Passo 6
Comentário físico-químico importante (para entender o que acontece na prova e interpretar resultados):
- Devido à diferença de energia entre
e e à maior eletronegatividade efetiva do H, a MO ligante tem caráter relativamente mais localizado no H; isso significa grande caráter iônico: aproximadamente . Em termos práticos de prova: você pode afirmar que a ligação tem forte caráter iônico mesmo sendo descrita por um MO ligante com um par de elétrons. - O orbital
permanece cheio e não contribui para a ligação (o que explica porque Li perde facilmente o elétron de valência e forma ).
Resposta
Diagrama (descrição):
(core, não-ligante) abaixo; depois
ocupado com
elétrons; acima
vazio.
Configuração eletrônica molecular:
.
Ordem de ligação:
.