Unifieo Qumica Inorgnica II - Teoria do Orbital Molecular prof MFPO

Princpios Bsicos:

* Orbitais atmicos nas molculas combinam-se para formar "orbitais moleculares", que esto

espalhadas por mais de um tomo na molcula.

*Alguns orbitais moleculares so de mais baixa energia do que os orbitais atmicos dos quais foram

combinados (formados). Estes orbitais so chamados "orbitais ligantes" (interferncia construtiva).

* Outros orbitais moleculares podem possuir uma energia maior do que seus tomos de origem. Estes

orbitais so chamados de "orbitais anti-ligantes" (interferncia destrutiva).

O nmero de eltrons igual ao total de nmero de eltrons de valncia para todos os tomos na

molcula que so designados a esses conjuntos de orbitais moleculares. Assim como os orbitais nos tomos os

eltrons so designados aos orbitais moleculares de acordo com o princpio de Pauli e a regra de excluso de

Hund. Com essas idias em mente, ns podemos estabelecer o primeiro princpio da teoria do orbital molecular:

o nmero de orbitais moleculares produzidos sempre igual ao nmero de orbitais atmicos trazidos

pelos tomos que so combinados. Para ver a conseqncia desse princpio de conservao do orbital,

consideremos primeiramente a molcula de hidrognio (H2).

A subtrao dos orbitais do eltron levam a um abaixamento da densidade do eltron na regio de

sobreposio dos orbitais, formando os orbitais moleculares anti-ligantes.

uma adio dos orbitais do eltron leva a um aumento na densidade eletrnica na regio de

sobreposio, formando os orbitais ligantes.

Os orbitais moleculares esto em azul na figura ao lado, e podem representar uma ligao sigma () ou

uma pi (). Os orbitais moleculares anti-ligantes utilizam a mesma representao, porm com o smbolo de

asterisco (*) para diferenci-lo de um orbital molecular ligante.

As figuras abaixo representam a sobreposio de orbitais atmicos p, formando respectivamente

ligaes sigma e pi, ligantes e anti-ligantes.

Os orbitais ligantes possuem menor energia que os orbitais anti-ligantes, pois os primeiros estabilizam a

molcula ao se formarem, e os ltimos desestabilizam quando se formam.

Configuraes eletrnicas e propriedades moleculares

Dois tipos de comportamento magntico:

Paramagnetismo (eltrons desemparelhados na molcula): forte atrao entre o campo

magntico e a molcula;

Diamagnetismo (sem eltrons desemparelhados na molcula): fraca repulso entre o campo

magntico e a molcula.

O comportamento magntico detectado determinando-se a massa de uma amostra na presena e na

ausncia de campo magntico

Grande aumento na massa indica paramagnetismo, pequena diminuio na massa indica diamagnetismo.

Experimentalmente, o O2 paramagntico.

A estrutura de Lewis para o O2 no mostra eltrons desemparelhados.

O diagrama de OM para o O2 mostra dois eltrons desemparelhados no orbital *2p.

Experimentalmente, o O2 tem uma curta distncia de ligao (1,21 ) e a alta energia de entalpia (495

kJ/mol). Isto sugere uma ligao dupla.

Exerccios de Orbitais Moleculares

1- Considere o diagrama de nveis de energia abaixo.

Com base na configurao eletrnica dos orbitais moleculares das espcies gs oxignio, on perxido (O22) e on

dioxigenilo (O2+), correto afirmar que:

(a) A molcula de oxignio diamagntica

(b) A ligao qumica no on perxido mais fraca que no on dioxigenilo

(c) As trs espcies qumicas do oxignio so paramagnticas

(d) O on perxido tem dois eltrons desemparelhados

(e) No on dioxigenilo a ordem de ligao igual a um.

2- Considere a configurao eletrnica da molcula de xido ntrico: [(1s)2 (*1s)2 (2s)2 (*2s)2

(2p)2(2p)4(*2p)1] e o processo de ionizao ao lado: NO NO+ + 1 eltron

De acordo com o modelo da Teoria dos Orbitais Moleculares, as conseqncias dessa ionizao na ordem e no

comprimento da ligao, respectivamente, so:

Ordem de ligao Comprimento da ligao (a) Aumenta Aumenta (b) Aumenta Diminui (c) Aumenta No se altera (d) No se altera Diminui (e) Diminui Aumenta

3- A configurao eletrnica do on superxido (O2-), no estado fundamental, : [(1s)2 (*1s)2 (2s)2 (*2s)2

(2pz)2(2px)2(2py)2(*2px)2(*2py)1]. O modelo da Teoria dos Orbitais moleculares permite fazer,

respectivamente, as seguintes previses em relao ordem de ligao oxignio-oxignio e ao comportamento

magntico do on:

(a) 1; paramagntico.

(b) 1; diamagntico

(c) 1,5; paramagntico.

(d) 2; paramagntico.

(e) 2; diamagntico

4- Explique em termos de orbitais moleculares por que a ligao CF+ mais curta que a ligao CF.

5- Escreva a configurao eletrnica do on H2- em termos de orbitais moleculares. Qual a ordem de ligao

deste on?

6- Determine a ordem de ligao e determine qual espcie tem a ligao mais forte: a) F2 ou F2 - b)B2 ou B2+.

7- Os ctions O2+ e N2+ so componentes importantes da atmosfera terrestre superior. Considere o diagrama de

nveis de energia dos orbitais moleculares apresentados abaixo.

Com base na configurao eletrnica dos orbitais moleculares correto afirmar.

(a) os dois ctions so diamagnticos.

(b) No ction O2+ a ordem de ligao 3,5 e ele paramagntico

(c) O ction O2+ tem dois eltrons desemparelhados

(d) No ction N2+ a ordem de ligao 2,5 e ele paramagntico

(e) Nos ctions N2+ e O2+ a ordem de ligao 3,0.

8- Desenhe um diagrama de nveis de energia de orbital molecular e determine a ordem de ligao esperada

para cada uma das seguintes espcies mostradas a seguir. Estabelea se cada molcula ou on ter carter

paramagntico ou diamagntico. Se for paramagntico, fornecer o nmero de eltrons no-emparelhados.

a) Li2 b) Li2+ c) B2- d) B2+

9- O Be2 no existe. Porm, o que dizer do on Be2+? Descreva a configurao eletrnica deste on, em termos de

orbitais moleculares e d a ordem de ligao. possvel a existncia deste on?

10- O on hidrognio, H2+, pode ser detectado espectroscopicamente. D a configurao eletrnica de um on em

termos dos orbitais moleculares. Qual a ordem de ligao no on? A ligao hidrognio-hidrognio mais

forte ou mais fraca no H2+ que no H2?

11- Assumindo que o eixo de ligao o eixo x, faa um esboo dos diagramas de contorno de orbitais

moleculares ligantes e antiligantes formados pela superposio de cada um dos seguintes pares de orbitais

atmicos: a) 1s + 1s; b) 2s + 2s; c) 2px + 2px; d) 2py + 2py

12- Explique em termos de orbitais moleculares por que a ligao CF+ mais curta que a ligao CF.

13- Admitindo que seja possvel usar o diagrama de nveis de energia das molculas diatmicas homonucleares

para as molculas diatmicas heteronucleares, responda as seguintes questes para o CO.

a) Escreva a configurao eletrnica para o monxido de carbono.

b) Qual o orbital molecular de energia mais alto ocupado (HOMO)?

c) A molcula diamagntica ou paramagntica?

d) Qual o nmero de eltrons s e p? Qual a ordem da ligao? Referncias: KOTZ, John C.; TREICHEL JUNIOR, Paul M.. Qumica Geral e Reaes Qumicas. Traduo da 5a edio norte-americana So Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2005. BROWN, Theodore L. et al. Qumica: A Cincia Central. 9. ed. So Paulo: Pearson Education do Brasil Ltda, 2005.