Usando a Teoria do Orbital Molecular explique (fazendo a distribuição dos elétrons no diagrama do OM):
a) Qual entre os compostos é paramagnético.
ou
?
a) Qual entre os compostos é paramagnético.
Passo 1
O que o enunciado pede e quais dados temos:
- Pergunta: determinar qual entre
e é paramagnético. - Dados implícitos que vamos usar: número de elétrons de cada átomo (valência) e a distribuição eletrônica nos orbitais moleculares (OM) para diatômicos homonucleares.
- Informação que precisaremos: ordem energética dos orbitais moleculares na faixa dos orbitais
e (ela difere para elementos leves como C e para elementos mais pesados como F).
Passo 2
Regras básicas da Teoria do Orbital Molecular (OM) que vamos usar (explicação didática e leve):
- Os orbitais moleculares são combinações lineares dos orbitais atômicos; cada OM pode abrigar no máximo dois elétrons com spins opostos (Princípio de Pauli).
- Preenchimento segue a regra de Aufbau (preencher do menor para o maior nível de energia) e a regra de Hund (entre orbitais degenerados, colocar primeiro um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar).
- Notação que vou usar:
, (antibonding), , , , . - Fórmula útil (opcional, para calcular ordem de ligação):
onde
é o número de elétrons em orbitais ligantes e
em orbitais antiligantes.
Passo 3
Ordem energética dos orbitais – quando usar cada caso (ponto crucial):
- Para diatômicos formados por átomos com número atômico pequeno (tipicamente
) há mistura - que faz com que os orbitais fiquem energeticamente abaixo de . Ordem típica nesses casos:
- Para diatômicos mais pesados a mistura
- é menor e a ordem muda (caso de ):
Vamos aplicar a primeira ordem para
e a segunda para
.
Passo 4
Distribuição eletrônica de
(contagem e preenchimento passo a passo):
- Cada átomo de carbono tem
elétrons de valência, logo tem no total elétrons de valência. - Usando a ordem típica para C (mistura
- ), preenchemos do mais baixo até completar elétrons: -
: elétrons -
: elétrons - restam
elétrons, que vão em -
: elétrons (são dois orbitais degenerados e , cada um recebendo 2 elétrons ao final) -
: elétrons (não ocupada)
-
- Em forma compacta, ocupação de valência:
Passo 5
Spin e magnetismo de
(explicando passo a passo por que é diamagnético):
- Nos dois orbitais degenerados
com elétrons, a regra de Hund indica que os dois primeiros elétrons vão em orbitais distintos com spins paralelos; os dois seguintes emparelham esses spins. Assim cada termina com um par de elétrons. - Resultado: todos os elétrons estão pareados (não há elétron desemparelhado).
- Conclusão:
é diamagnético (negação de paramagnetismo) — ou seja, não apresenta dipolo magnético resultante de elétrons desemparelhados.
Passo 6
Distribuição eletrônica de
(contagem e razão da escolha da ordem energética):
- Cada átomo de flúor tem
elétrons de valência, então neutro tem elétrons de valência. -
tem um elétron a menos: elétrons de valência. - Para F usamos a ordem sem inversão (
abaixo de ):
Passo 7
Preenchimento das OM para
e análise de spins:
- Colocando os
elétrons nas OM (valência) seguindo a ordem: -
: elétrons (total usado ) -
: elétrons (total ) -
: elétrons (total ) -
: elétrons (total ) - restam
elétrons que vão para (orbitais antiligantes degenerados)
-
- Ocupação de valência em forma compacta:
- Agora, como os
são dois orbitais degenerados, ao distribuir elétrons a regra de Hund determina: - Colocar primeiro um elétron em cada orbital
com spins paralelos ( elétrons, ambos desemparelhados), - O terceiro elétron terá de se emparelhar num desses orbitais (ocupando com spin oposto).
- Colocar primeiro um elétron em cada orbital
- Resultado final nos
: um orbital com par (2 elétrons) e o outro com um único elétron desemparelhado. - Portanto há exatamente
elétron desemparelhado em , o que gera comportamento paramagnético.
Passo 8
Resumo físico e intuição final (para levar pra prova):
- Intuição rápida:
tem configuração dos orbitais com todos os elétrons pareados (ordem com abaixo de ), então é diamagnético. -
é obtido de removendo-se um elétron de um orbital que, em , está parcialmente ocupado; isso deixa um elétron desemparelhado, logo é paramagnético. - Dica prática para prova: conte os elétrons de valência, escolha a ordem correta dos MOs (
antes de para B–N; antes de para O em diante), preencha e verifique elétrons desemparelhados.