Utilizando a teoria do orbital molecular discuta as propriedades magnéticas das espécies
e
. 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⁺:
- as propriedades magnéticas (se são diamagnéticas ou paramagnéticas)
- 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.
- Cada átomo de Cl tem configuração de valência
, ou seja, 7 elétrons. No par são 14 elétrons para acomodar. - 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). - 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
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
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.