Usando a Teoria do Orbital Molecular explique (fazendo a distribuição dos elétrons no diagrama do OM):
a) Qual entre os compostos é paramagnético:
ou
?
b) Qual dos compostos em (b) tem maior ordem de ligação? (calcular as ordens de ligação para as duas espécies)
a) Qual entre os compostos é paramagnético:
b) Qual dos compostos em (b) tem maior ordem de ligação? (calcular as ordens de ligação para as duas espécies)
Passo 1
O enunciado pede duas coisas claras:
- (a) Identificar qual das duas espécies é paramagnética:
ou . - (b) Dizer qual das duas espécies tem maior ordem de ligação e calcular a ordem de ligação de cada uma.
Informações dadas (implícitas no enunciado):
- As espécies são diatômicas homonucleares:
e . - Deve-se usar a Teoria do Orbital Molecular (OM) e fazer a distribuição eletrônica nos orbitais moleculares para determinar magnetismo (presença de elétrons desemparelhados) e ordem de ligação.
Passo 2
Breve revisão didática da Teoria do Orbital Molecular (OM) necessária para resolver a questão (sem pular etapas).
O que é um orbital molecular e como ele se preenche:
- Quando dois átomos se aproximam, os orbitais atômicos combinam formando orbitais moleculares (OM) de ligação (mais baixos em energia) e de anti‑ligação (mais altos em energia).
- Cada orbital molecular comporta até dois elétrons com spins opostos (Princípio de Pauli).
- Ao preencher orbitais degenerados (mesma energia), segue‑se a regra de Hund: primeiro colocar um elétron com spin paralelo em cada orbital degenerado antes de emparelhar.
Como determinar magnetismo:
- Uma espécie é paramagnética se houver pelo menos um elétron desemparelhado no diagrama de OM.
- É diamagnética se todos os elétrons estiverem pareados.
Fórmula da ordem de ligação (útil e simples):
Explicação das variáveis:
-
é o número total de elétrons ocupando orbitais de ligação. -
é o número total de elétrons ocupando orbitais de anti‑ligação.
Observação importante sobre a ordem dos orbitais
e
dos orbitais 2p:
- Para diatômicos leves (até
, incluindo ) ocorre mistura – que faz com que a ordem de energia dos orbitais de 2p seja, do mais baixo ao mais alto:
- Para diatômicos de elementos mais eletronegativos/mais pesados a partir de
(incluindo e íons próximos), a mistura – é pequena e a ordem é:
Essa diferença é crucial para preencher corretamente os orbitais em
e em
.
Passo 3
Contagem de elétrons que vamos usar (valência) — por conveniência trabalhamos com elétrons da camada
e
(elétrons de valência), pois são os que determinam ligações e magnetismo:
- Para cada átomo de carbono: configuração de valência
, ou seja, elétrons de valência por átomo. Logo, para temos
- Para o flúor: configuração de valência
, ou seja, elétrons de valência por átomo. Para neutro seriam , e para devemos remover um elétron, logo
Passo 4
Diagrama e preenchimento para
(usar ordenação própria de
:
abaixo de
).
Esquema de orbitais (somente valência, do mais baixo ao mais alto):
Preenchimento com
elétrons de valência:
-
recebe elétrons. -
recebe elétrons.
Agora já usamoselétrons; restam . - As duas orbitais
(degeneradas) recebem juntos elétrons: cada orbital receberá 2 elétrons (com emparelhamento), porque há exatamente 4 elétrons para essas duas orbitais. - O orbital
permanece vazio (não há elétrons sobrando).
Lista final de ocupações (valência):
Agora analisemos magnetismo e ordem de ligação:
- Magnetismo: todos os elétrons nas
estão pareados e nos orbitais anteriores também; portanto não há elétrons desemparelhados. Conclusão: é diamagnético (não paramagnético). - Ordem de ligação usando a fórmula:
- elétrons de ligação (nos Orbitais de ligação relevantes):
dá e dá . Total . - elétrons de anti‑ligação:
dá . Total . - Aplicando:
- elétrons de ligação (nos Orbitais de ligação relevantes):
Explicação intuitiva:
tem, em termos qualitativos, duas ligações efetivas (geralmente interpretadas como duas ligações pi entre os carbonos).
Passo 5
Diagrama e preenchimento para
(usar ordenação própria de
:
abaixo de
).
Esquema de orbitais (valência, do mais baixo ao mais alto) para
/
:
Preenchimento com
elétrons de valência:
-
recebe elétrons. -
recebe elétrons.
Agora usados; restam . -
recebe elétrons. Agora usados ; restam . - As duas orbitais
recebem juntas elétrons (com emparelhamento). Agora usados ; restam . - As duas orbitais degeneradas
recebem os elétrons restantes. Por regra de Hund, primeiro se coloca um elétron em cada orbital degenerado antes de emparelhar. Portanto a ocupação de com 3 elétrons é: uma orbital com 2 elétrons (emparelhados) e a outra com 1 elétron (desemparelhado). Não há elétrons em .
Resumo de ocupações:
Agora analisemos magnetismo e ordem de ligação:
- Magnetismo: na
há um elétron desemparelhado (conforme preenchimento acima). Portanto possui um elétron desemparelhado e, assim, é paramagnético. - Ordem de ligação:
- elétrons de ligação:
( ), ( ), ( ). Total . - elétrons de anti‑ligação:
( ), ( ). Total . - Aplicando:
- elétrons de ligação:
Passo 6
Comparação final e interpretação:
- Magnetismo:
é diamagnético (todos os elétrons pareados), enquanto tem um elétron desemparelhado → é paramagnético. Logo, a espécie paramagnética entre as duas é . - Ordem de ligação:
tem ordem e tem ordem . Portanto apresenta maior ordem de ligação.
Resposta
a)
é paramagnético.\n
b) tem maior ordem de ligação;
,
.
b)