(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 molécula
: construir o diagrama de orbitais moleculares, dar a configuração eletrônica nas OM e calcular a ordem de ligação. Informações dadas (implícitas no enunciado) que vamos usar: cada átomo de hélio tem número atômico
e configuração eletrônica atômica
. Portanto o total de elétrons para
é
.
Passo 2
Conceitos essenciais (pequena aula para você entender o raciocínio)
- Linear Combination of Atomic Orbitals (LCAO): quando dois átomos se aproximam, orbitais atômicos compatíveis (mesma simetria e energia parecida) se combinam para formar orbitais moleculares (OM). Essas combinações são do tipo soma (construtiva) e diferença (destrutiva).
- Bonding vs antibonding: a combinação construtiva entre duas funções atômicas gera uma OM de menor energia (estabilizada) chamada de orbital ligante; a combinação destrutiva gera uma OM de maior energia (desestabilizada) chamada de orbital antiligante. Em notação usa-se o asterisco para antiligante, por exemplo
(ligante) e (antiligante). - Regras de preenchimento: aplicam-se o princípio de Aufbau (preencher do mais baixo para o mais alto), princípio de exclusão de Pauli (cada orbital acomoda no máximo dois elétrons com spins opostos) e regra de Hund (se houver orbitais degenerados, preencher com spins paralelos antes de emparelhar). Aqui vamos ter apenas orbitais
não degenerados. - Ordem de ligação: é uma medida simples do “quanto de ligação” há entre os átomos, definida por
onde
é o número total de elétrons em orbitais ligantes e
é o número total de elétrons em orbitais antiligantes. Valores:
sugere ligação estável;
indica ausência de ligação líquida.
Passo 3
Quais orbitais atômicos se combinam em
?
- Cada átomo de He possui apenas o orbital
ocupado. Portanto as combinações relevantes são as dos dois orbitais (um de cada átomo). - Essas duas combinações produzem duas OM:
- a combinação construtiva:
(ligante), - a combinação destrutiva:
(antiligante).
- a combinação construtiva:
- Não há outros orbitais de valência (como
ou ) envolvidos no estado fundamental de , porque os elétrons de He ocupam apenas .
Passo 4
Construção do diagrama de níveis (descrição textual clara)
- Ordem de energia (do mais baixo para o mais alto) para as OM relevantes é:
- Agora vamos colocar os elétrons: total de elétrons é
. - Preenchemos primeiro
com dois elétrons: . Aqui aplicamos Aufbau e Pauli: dois elétrons com spins opostos no orbital ligante. - Restam
elétrons; o próximo orbital disponível é , então colocamos esses dois elétrons lá: .
- Preenchemos primeiro
- Então o preenchimento completo nas OM do estado fundamental é
Passo 5
Cálculo da ordem de ligação e interpretação
- Identifiquemos
e : - elétrons em orbitais ligantes:
(os dois no ), - elétrons em orbitais antiligantes:
(os dois no ).
- elétrons em orbitais ligantes:
- Aplicando a fórmula
- Interpretação: ordem de ligação zero significa que não há ligação líquida estabilizadora entre os dois átomos de He no estado fundamental. Em linguagem prática:
não forma uma molécula estável na sua forma neutra no estado fundamental. - Como reforço didático: compare com
(dois elétrons no , nenhum em → ) e com ( três elétrons totais → → , ligação fraca mas possível). Essa comparação ajuda a ver como a ocupação de orbitais antiligantes anula a ligação.
Resposta
Diagrama de OM: níveis
(mais baixo) e
(mais alto), com 2 elétrons em cada:
.
Configuração eletrônica em OM: .
Ordem de ligação: .
Configuração eletrônica em OM:
Ordem de ligação: