A Teoria do Orbital Molecular permite prever a estabilidade de espécies químicas que a teoria de Lewis não consegue explicar adequadamente, como os íons moleculares. Com base nisso, desenhe o diagrama de energia para TOM e calcule ordem de ligação das moléculas a seguir:
Passo 1
O enunciado pede duas coisas sobre
: (1) desenhar o diagrama de energia de orbitais moleculares (TOM) e (2) calcular a ordem de ligação. Informações fornecidas implicitamente pelo enunciado que vamos usar: cada átomo de hidrogênio tem uma orbital
; a espécie
tem um elétron a mais que
, logo o número total de elétrons é
. Não vou resolver nada aqui ainda, só guardei que o total de elétrons é
.
Passo 2
Conceitos essenciais que vou usar (explicados devagar):
- Quando dois átomos de hidrogênio se aproximam, suas orbitais atômicas
se combinam para formar duas orbitais moleculares: uma de ligação, chamada , e outra antiligante, chamada . A tem energia mais baixa que as individuais (liga os núcleos), e a tem energia mais alta (desfavorece a ligação). - Princípios de preenchimento:
- Regra de Aufbau: preenchemos as orbitais de menor energia primeiro.
- Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital pode ter no máximo dois elétrons com spins opostos.
- Regra de Hund (para orbitais degenerados): maximize spins paralelos — aqui não temos degenerescência entre
e , então basta aplicar Aufbau/Pauli.
- Definição de ordem de ligação:
onde é o número de elétrons em orbitais de ligação e é o número de elétrons em orbitais antiligantes.
Essas são as ferramentas — agora aplicamos ao caso concreto.
Passo 3
Contagem de elétrons para
:
- Cada H tem
elétron, então dois H dão elétrons; o íon negativo adiciona mais elétron. - Total de elétrons:
. Vou preencher as MO na ordem de energia com esses elétrons.
Passo 4
Construção do diagrama de energia (descrição e ocupação):
- Os níveis (do mais baixo ao mais alto) são:
-
(orbital de ligação) -
(orbital antiligante)
-
- Preenchimento com
elétrons seguindo Aufbau e Pauli: -
recebe elétrons emparelhados: . - sobra
elétron, que vai para a próxima orbital disponível, , desemparelhado: .
-
- Texto que representa o diagrama linearmente (faça um desenho parecido na folha da prova):
(ou, simplesmente, listar as MO ocupadas: .)
Passo 5
Cálculo da ordem de ligação passo a passo:
- Número de elétrons em orbitais de ligação:
(os dois em ). - Número de elétrons em orbitais antiligantes:
(um em ). - Aplicando a fórmula:
- Interpretação:
tem ordem de ligação , ou seja, uma ligação bem mais fraca que em (que tem ordem ).
Passo 6
Propriedades adicionais importantes na prova (o que você pode afirmar na resposta):
- Existe um elétron desemparelhado em
, então é paramagnético (atraído por campo magnético). - Comparação rápida para fixar:
(2 elétrons) → → ordem ; (1 elétron) → → ordem . Curiosamente e têm ambas ordem por causa da distribuição eletrônica, embora uma tenha excesso e outra deficiência de elétrons.
Resposta
Diagrama (níveis e ocupação):
\nOrdem de ligação:
(espécie paramagnética, 1 elétron desemparelhado)