Utilizando a teoria do orbital molecular discuta as propriedades magnéticas das espécies Cl2 e Cl2^+. Em qual das duas espécies a ligação é mais forte? Justifique sua resposta.

Passo 1

Beleza, o problema quer que a gente use a teoria de orbitais moleculares (MO) para discutir duas coisas em Cl₂ e Cl₂⁺:
  1. as propriedades magnéticas (se são diamagnéticas ou paramagnéticas)
  2. comparar qual ligação é mais forte.
Para isso vamos precisar de:
  • Diagrama de MO para diatômicos de halogênios (focando nos orbitais 3p)
  • Fórmula de ordem de ligação:
  • Conceitos de diamagnetismo (todos os elétrons pareados) e paramagnetismo (há elétrons desemparelhados).

Passo 2

Vamos montar o diagrama de orbitais moleculares para as orbitais 3p de Cl–Cl.
  1. Cada átomo de Cl tem configuração de valência , ou seja, 7 elétrons. No par são 14 elétrons para acomodar.
  2. As MOs vindas dos 3p seguem, de menor para maior energia:
    σ(3p_z) → π(3p_x), π(3p_y) → π*(3p_x), π*(3p_y) → σ*(3p_z).
  3. Lembrando que os orbitais σ(3s) e σ*(3s) se cancelam na ordem de ligação pois ambos têm 2 elétrons. Então a gente só se preocupa com as 3p.

Passo 3

Preenchendo os 14 elétrons de valência de Cl₂ nas MOs 3p:
  • σ(3p_z): 2 elétrons
  • π(3p_x) e π(3p_y): 4 elétrons (2 em cada)
  • π*(3p_x) e π*(3p_y): 4 elétrons (2 em cada)
  • σ*(3p_z): 0 elétrons
Vamos calcular a ordem de ligação:
Elétrons ligantes = 2 (σ) + 4 (π) = 6
Elétrons antiligantes = 4 (π*) + 0 (σ*) = 4
Como todos os elétrons estão pareados, Cl₂ é diamagnético.

Passo 4

Agora Cl₂⁺ tem um elétron a menos, ou seja, 13 elétrons totais no diagrama:
  • As MOs de baixa energia (σ, π) continuam preenchidas da mesma forma até π(3p_y).
  • Nos orbitais π* (que tinham 4 elétrons), agora temos 3 elétrons (um deles fica desemparelhado).
  • σ*(3p_z) continua vazio.
Nova ordem de ligação:
Elétrons ligantes = 6 (mesmo valor)
Elétrons antiligantes = 3
Como há um elétron desemparelhado no π*, Cl₂⁺ é paramagnético.

Resposta

Cl₂ é diamagnético com ordem de ligação 1, enquanto Cl₂⁺ é paramagnético com ordem de ligação 1,5. Portanto, a ligação em Cl₂⁺ é mais forte.

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