ENADE: É importante relacionar a estrutura molecular com propriedades observáveis de um sistema

ENADE: É importante relacionar a estrutura molecular com propriedades observáveis de um sistema. Há dois modelos principais para descrever a estrutura eletrônica em sistemas moleculares: a teoria da ligação de valência (LV) e a teoria dos orbitais moleculares (OM). A primeira é uma extensão da teoria de Lewis, levando-se em conta os seguintes princípios da mecânica quântica: os orbitais atômicos contendo elétrons desemparelhados se superpõem e os elétrons emparelham se, formando as ligações. A segunda é uma extensão do princípio da estruturação: os elétrons ocupam os orbitais moleculares em ordem crescente de energia, obedecendo ao princípio da exclusão de Pauli e à regra de Hund da máxima multiplicidade.

a) Descreva a formação da molécula de O2  pela teoria LV, indicando que multiplicidade (singleto ou tripleto) este modelo prevê para esta molécula.

b) Como a teoria OM descreve a molécula de O2 ? Que multiplicidade esse modelo prevê?

c) Sabe-se que a molécula de O2 é paramagnética e que não absorve na região do infravermelho. Explique estas duas propriedades.

Dados:

• Considere o eixo z como o eixo da ligação.

• Ordenamento dos OM por ordem crescente de energia

 σ g 1s < σ  u*1s < σ  g 2s < σ  u*2s < σ  g2pz < u2px = u2py < g*2px = g*2py < σ  u*2pz < ...

QUESTÃO ANTERIOR:

PADRÃO DE RESPOSTA.
a) Cada átomo de O tem dois elétrons desemparelhados, um em cada orbital 2p (1s² 2s² 2px² 2pz²). Segundo o modelo da Teoria de Ligação de Valência (LV), os orbitais vão se superpor e formar as ligações, emparelhando os elétrons. Assim, resultam duas ligações do emparelhamento dos elétrons nos orbitais 2px e dos elétrons no orbital 2pz. Como existem dois pares de elétrons emparelhados formando as ligações, o modelo LV prevê que a molécula seja um singleto.

b) Pela Teoria dos Orbitais Moleculares (OM), devem-se distribuir os 16 elétrons da molécula de O2 nos OM, em ordem crescente de energia. A configuração eletrônica resultante é: (σg1s)2 (σu * 1s)2 (σg2s)2 (σu * 2s)2 (σg2pz) 2 (πu2px) 2 (πu2py) 2 (πg * 2px) 1 (πg * 2py) 1 Os dois últimos elétrons ocupam os orbitais degenerados πg * 2px e πg * 2py, obedecendo à regra de Hund da máxima multiplicidade (ocupa-se primeiro cada orbital de uma subcamada degenerada com um elétron, antes de emparelhar dois elétrons no mesmo orbital). Portanto, o modelo OM prevê dois elétrons desemparelhados, resultando num tripleto.

c) Para que uma substância seja paramagnética, é preciso que haja elétrons desemparelhados, o que é previsto pelo modelo OM. Para que haja absorção no infravermelho, é preciso que a molécula altere seu momento de dipolo durante a vibração. Como o O2 é apolar, não há variação no momento de dipolo; logo, a molécula não absorve no infravermelho.

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