(Teoria do Orbital Molecular) Construa o diagrama, dê a configuração eletrônica e a ordem de ligação para:
Passo 1
O enunciado pede três coisas para a espécie
: construir o diagrama de orbitais moleculares (OM), dar a configuração eletrônica nas OM e calcular a ordem de ligação. As informações relevantes que temos do enunciado são: o composto é formado por nitrogênio e oxigênio com carga positiva unitária; os números de elétrons de valência são
e
; portanto, o total de elétrons de valência disponível para preencher as OM é
Nada mais foi fornecido (por ex., figura). Vamos usar apenas essas informações para montar o diagrama.
Passo 2
Breve aula prática sobre o que precisamos saber para montar o diagrama (sem pular etapas).
- O que são as orbitais moleculares (OM)?
- Quando dois átomos se aproximam, suas orbitais atômicas (OAs) combinam formando OM ligantes (interferência construtiva) e OM anti-ligantes (interferência destrutiva). As OM ligantes stabilizam (menor energia) e as anti-ligantes desestabilizam (maior energia).
- Quais OM aparecem para diatômicos da segunda linha (2s e 2p)?
- Consideramos as OM formadas a partir das OAs
e de cada átomo: as OM típicas são (com degeneração entre as duas ).
- Ordem energética das OM (ponto importante):
- Em diatômicos leves como
(e em moléculas isoeletrônicas com eles, como e ), ocorre mistura (s-p mixing) que eleva a energia da relativa às . Resultado prático: para estes casos a ordem das OM de maior para menor energia, na região 2p, é
- Para diatômicos mais pesados (como
) a fica abaixo das . - Conclusão aplicada a
: por ser isoeletrônico com e , usaremos a ordem com abaixo de .
Passo 3
Organizar as OM em ordem de energia (da mais baixa para a mais alta) considerando o caso de mistura s–p mencionado:
A ordem que vamos usar (baixa → alta) é
Observação: só precisamos preencher até a
para os 10 elétrons de valência neste caso (as OM
e
ficarão vazias).
Passo 4
Preenchimento das OM com os
elétrons de valência, seguindo o princípio de Aufbau (preencher da menor à maior energia), o princípio de Pauli (máx. 2e por OM com spins opostos) e a regra de Hund (em orbitais degeneradas, preencher com spins paralelos antes de parear):
-
recebe elétrons. -
recebe elétrons. - As duas orbitais
(degeneradas) juntas comportam até elétrons; colocamos elétrons nelas. - Resta
elétrons: estes ocupam a com elétrons emparelhados.
Assim, a ocupação das OM (valência) fica:
Passo 5
Calcular a ordem de ligação e discutir magnetismo (coisa útil para prova).
Fórmula da ordem de ligação:
onde
é o número total de elétrons em OM ligantes e
o número em OM anti-ligantes.
Contagem aqui:
- Elétrons em OM ligantes:
( ) ( ) ( ) → total . - Elétrons em OM anti-ligantes:
→ total .
Aplicando a fórmula:
Portanto, a ordem de ligação é
(ligação tripla).
Magnetismo: todos os elétrons nas OM foram pareados (nenhuma
ou orbital com elétrons desemparelhados), então
é diamagnético.
Passo 6
Como desenhar / interpretar rapidamente o diagrama na prova (dica prática):
- Desenhe quatro níveis principais abaixo/vizinhos (de baixo para cima):
, , (duas linhas deg.), . Coloque dois elétrons emparelhados nas primeiras duas, quatro distribuídos nas duas (com pares) e dois na . Indique que está abaixo de (essencial para este caso). - Para heteronuclear como
, lembre-se mentalmente que as OM têm caráter misto e que os níveis ficam deslocados levemente em energia pelos diferentes potenciais nucleares (oxigênio mais eletronegativo tende a atrair mais densidade eletrônica), mas isso não altera a contagem que fizemos para ordem de ligação neste problema.
Resposta
Diagrama (ordem de energia e ocupação):
(com
abaixo de
).
Configuração eletrônica nas OM: .
Ordem de ligação: .
Configuração eletrônica nas OM:
Ordem de ligação: