Utilize a teoria dos orbitais moleculares para prever o número de elétrons desemparelhados nas espécies:
, NO e CO.
Passo 1
Então, o problema pede pra gente usar a teoria de orbitais moleculares (MO) pra prever quantos elétrons desemparelhados têm em várias moléculas/íons diatômicos: O₂²⁻, O₂⁻, O₂, O₂⁺, NO e CO. A matéria envolvida é justamente Teoria de Orbitais Moleculares para diatômicos, e vamos precisar de:
- Saber contar elétrons de valência de cada espécie.
- Conhecer a sequência de níveis de energia dos MOs (σ2s, σ2s, σ2p_z, π2p_x/y, π2p_x/y, σ2p_z).
- Aplicar o Princípio de Aufbau (enche do mais baixo pro mais alto), a Regra de Hund e o Princípio de Pauli.
Passo 2
Antes de entrar nos casos, vamos listar rapidamente os orbitais moleculares (somente valência 2s e 2p) em ordem crescente de energia (válida pra O₂, NO, CO etc.):
σ(2s) < σ*(2s) < σ(2p_z) < π(2p_x), π(2p_y) < π*(2p_x), π*(2p_y) < σ*(2p_z)
Regras de preenchimento:
σ(2s) < σ*(2s) < σ(2p_z) < π(2p_x), π(2p_y) < π*(2p_x), π*(2p_y) < σ*(2p_z)
Regras de preenchimento:
- Aufbau: preenche o mais baixo primeiro.
- Pauli: cada orbital recebe no máximo 2 elétrons com spins opostos.
- Hund: em orbitais degenerados (ex.: π2p_x e π2p_y), primeiro coloca 1 elétron em cada antes de parear.
Passo 3
Espécie: O₂²⁻
- Contar elétrons de valência: cada O tem 6, e o íon carrega +2 elétrons, então
elétrons de valência. - Preenchimento (capacidades entre parênteses):
- σ2s (2) → 2
- σ*2s (2) → 2 (total 4)
- σ2p_z (2) → 2 (total 6)
- π2p_x, π2p_y (4) → 4 (total 10)
- π2p_x, π2p_y (4) → 4 (total 14)
- σ*2p_z (2) → não precisa
- Em π2p a gente colocou 4 elétrons, então cada orbital π tá cheio (2 emparelhados). Logo, não sobra nenhum elétron desemparelhado.
Passo 4
Espécie: O₂⁻
- Elétrons de valência:
. - Preenchemos igual até π2p (10 elétrons) e faltam 3 para 13, que vão em π*2p_x/y (capacidade 4):
- Colocamos 1 em π2p_x e 1 em π2p_y (2 elétrons, ainda não emparelha)
- O 3º elétron vai emparelhar num desses dois, então ficamos com um orbital π* com 2 elétrons pareados e o outro com 1.
- Total de elétrons desemparelhados = 1.
Passo 5
Espécie: O₂
- Elétrons de valência:
. - Preenchemos até π2p (10 elétrons) e faltam 2 → vão em π2p_x e π2p_y, 1 em cada (de acordo com Hund).
- Ambos ficam com spin não emparelhado → 2 elétrons desemparelhados.
Passo 6
Espécie: O₂⁺
- Elétrons de valência:
. - Novamente, até π2p são 10 elétrons; sobra 1 → entra num dos orbitais π*2p (degenerados).
- Esse único elétron fica desemparelhado → 1 elétron desemparelhado.
Passo 7
Espécie: NO
- Elétrons de valência: N tem 5, O tem 6 →
. - Igualzinho ao caso de O₂⁺: até π2p são 10 elétrons, sobra 1 → vai em π*2p e fica sozinho.
- Total = 1 elétron desemparelhado.
Passo 8
Espécie: CO
- Elétrons de valência: C tem 4, O tem 6 →
. - Preenchemos: σ2s (2), σ2s (2) → 4; σ2p_z (2) → 6; π2p_x/y (4) → 10. Acabou, sem entrar em π ou σ*.
- Todos emparelhados → 0 elétrons desemparelhados.
Resposta
O número de elétrons desemparelhados em cada espécie é:
• O₂²⁻ → 0
• O₂⁻ → 1
• O₂ → 2
• O₂⁺ → 1
• NO → 1
• CO → 0
• O₂²⁻ → 0
• O₂⁻ → 1
• O₂ → 2
• O₂⁺ → 1
• NO → 1
• CO → 0