Diagrammi degli orbitali molecolari spiegati: ordine di legame, magnetismo e regola del mescolamento s–p

Pubblicato: 19 ott 2026 · Autore: Scidart Academy · Tempo di lettura: ~7 min
Diagramma degli orbitali molecolari di O2 con gli orbitali atomici 2s e 2p ai due lati, gli orbitali molecolari sigma e pi al centro e due elettroni spaiati negli orbitali pi greco di antilegame
O₂ ha due elettroni spaiati in π*2p, quindi è paramagnetico con ordine di legame 2.

Risposta breve: un diagramma degli orbitali molecolari (MO) mostra come gli orbitali atomici si combinano in orbitali di legame e di antilegame. Riempi gli orbitali dal basso seguendo la regola di Hund, poi usa ordine di legame = (elettroni di legame − elettroni di antilegame) / 2. O₂ ha ordine di legame 2 e 2 elettroni spaiati (paramagnetico). N₂ ha ordine di legame 3 ed è diamagnetico. Con 14 elettroni o meno, π2p sta sotto σ2p. Il generatore di diagrammi MO gratuito disegna qualsiasi biatomica da H₂ a Ne₂, più CO, NO, CN⁻ e HF.

Termini chiave in un unico posto

Orbitale molecolare (MO)Un orbitale che si estende su tutta la molecola, formato dalla combinazione di orbitali atomici.
MO di legamePiù basso in energia degli orbitali atomici. La densità elettronica si trova tra i nuclei. Simboli: σ, π.
MO di antilegamePiù alto in energia, con un nodo tra i nuclei. Simboli: σ*, π*.
Ordine di legame(elettroni di legame − elettroni di antilegame) / 2. Ordine di legame 0 significa nessun legame stabile.
ParamagneticoHa uno o più elettroni spaiati ed è attratto in un campo magnetico. O₂ è il caso classico.
DiamagneticoTutti gli elettroni sono appaiati. È debolmente respinto da un campo magnetico. N₂ e F₂ ne sono esempi.
HOMO e LUMOMO occupato più alto e MO non occupato più basso. Un HOMO semipieno è un SOMO.

Le regole per disegnare un diagramma MO

  1. Conta gli elettroni. Somma i numeri atomici, sottrai la carica per i cationi e aggiungila per gli anioni. O₂ ne ha 16, O₂⁺ 15, O₂²⁻ 18.
  2. Scegli l'ordine degli orbitali. Con 14 elettroni o meno (da Li₂ a N₂, CO, CN⁻, NO⁺) usa σ2s, σ*2s, π2p, σ2p, π*2p, σ*2p. Con più di 14 elettroni (O₂, F₂, Ne₂, NO, O₂⁻) usa σ2s, σ*2s, σ2p, π2p, π*2p, σ*2p.
  3. Riempi dal basso. Ogni orbitale contiene 2 elettroni con spin opposti (principio di Pauli).
  4. Applica la regola di Hund. Nella coppia degenere π o π*, metti un elettrone in ciascun orbitale prima di appaiarli.
  5. Leggi i risultati. Ordine di legame dalla formula, magnetismo dagli elettroni spaiati, HOMO e LUMO dalla parte alta del riempimento.

Perché l'ordine cambia dopo l'azoto

Il cambiamento è dovuto al mescolamento s–p. In B, C e N le energie 2s e 2p sono vicine. Gli orbitali σ2s e σ2p hanno la stessa simmetria, quindi interagiscono e spingono σ2p in alto, sopra π2p. Dall'ossigeno in poi il divario 2s–2p è maggiore (circa 16 eV per O e 21 eV per F), il mescolamento è debole e σ2p scende sotto π2p.

Diagramma degli orbitali molecolari di N₂Energia2s2p2s2pσ2sσ*2sπ2pσ2p(HOMO)π*2p(LUMO)σ*2pNNN₂orbitali atomiciorbitali atomiciorbitali molecolariOrdine di legame = (10 − 4) / 2 = 3 · diamagnetico · core 1s non disegnato
N₂ (14 elettroni) con mescolamento s–p: π2p sta sotto σ2p. Ordine di legame 3, diamagnetico.
Diagramma degli orbitali molecolari di O₂Energia2s2p2s2pσ2sσ*2sσ2pπ2pπ*2p(HOMO)σ*2p(LUMO)OOO₂orbitali atomiciorbitali atomiciorbitali molecolariOrdine di legame = (10 − 6) / 2 = 2 · paramagnetico (2 spaiati) · core 1s non disegnato
O₂ (16 elettroni) senza mescolamento s–p: σ2p sta sotto π2p. I due elettroni π*2p sono spaiati, quindi O₂ è paramagnetico con ordine di legame 2.

Come usare il generatore di diagrammi MO passo per passo

  1. Apri il generatore di diagrammi degli orbitali molecolari.
  2. Scrivi una specie in Molecola o ione, per esempio O2, N2+, O2 2-, NO, CO o CN-. Oppure scegli Atomo 1, Atomo 2 e Carica.
  3. Oppure premi un pulsante di esempio come B₂, C₂, O₂⁻ o HF.
  4. Lascia Ordine degli orbitali su Automatico (regola dei 14 elettroni). Per capire perché la regola conta, passa a Nessun mescolamento s–p e guarda B₂ diventare diamagnetico.
  5. Leggi ordine di legame, configurazione MO, HOMO, LUMO e magnetismo nella tabella dei risultati.
  6. Premi Scarica SVG o Scarica PNG per salvare il diagramma.

Esempi svolti

1. Ossigeno, O₂

16 elettroni: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p². Elettroni di legame = 10 (compreso σ1s²), di antilegame = 6. Ordine di legame = (10 − 6)/2 = 2. I due elettroni π* stanno in orbitali separati con spin paralleli, quindi O₂ ha 2 elettroni spaiati ed è paramagnetico. L'ossigeno liquido resta attaccato tra i poli di un magnete; l'azoto liquido no.

2. Azoto, N₂

14 elettroni: KK σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p². Ordine di legame = (10 − 4)/2 = 3. Tutti gli elettroni sono appaiati, quindi N₂ è diamagnetico. L'HOMO è σ2p e il LUMO è π*2p. Il triplo legame spiega l'elevata energia di legame di 945 kJ/mol.

3. B₂ e C₂

B₂ ha 10 elettroni: KK σ2s² σ*2s² π2p¹ π2p¹. Ordine di legame 1, 2 elettroni spaiati, paramagnetico. C₂ ha 12 elettroni: KK σ2s² σ*2s² π2p⁴. Ordine di legame 2, diamagnetico. Il paramagnetismo misurato di B₂ è la prova sperimentale che per gli elementi leggeri π2p sta sotto σ2p.

4. La serie dell'ossigeno

O₂⁺ (15 e) toglie un elettrone π*: ordine di legame 2,5, lunghezza di legame 112 pm. O₂⁻, superossido (17 e): ordine di legame 1,5, 133 pm. O₂²⁻, perossido (18 e): ordine di legame 1, 149 pm, diamagnetico. Più elettroni di antilegame danno un legame più lungo e più debole.

5. NO e NO⁺

NO ha 15 elettroni con un elettrone in π*2p: ordine di legame 2,5, paramagnetico. Togliendo quell'elettrone si ottiene NO⁺ (14 e), isoelettronico con N₂: ordine di legame 3, diamagnetico, e il legame si accorcia da 115 pm a 106 pm.

6. CO e HF (eteronucleari)

CO ha 14 elettroni come N₂: ordine di legame 3, diamagnetico. L'ossigeno è più elettronegativo, quindi i suoi orbitali atomici stanno più in basso. L'HOMO (σ2p, detto anche 3σ) è in gran parte un doppietto libero del carbonio, ed è per questo che CO si lega ai metalli tramite il carbonio. In HF l'1s di H si sovrappone solo a un orbitale 2p di F. Gli altri orbitali di F sono di non legame, quindi HF ha ordine di legame 1.

Tabella riassuntiva

SpecieElettroniConfigurazione di valenzaOrdine di legameMagnetismo
H₂2σ1s²1diamagnetico
He₂⁺3σ1s² σ*1s¹0.5paramagnetico (1)
Li₂6σ2s²1diamagnetico
Be₂8σ2s² σ*2s²0non stabile
B₂10σ2s² σ*2s² π2p²1paramagnetico (2)
C₂12σ2s² σ*2s² π2p⁴2diamagnetico
N₂, CO, CN⁻, NO⁺14σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p²3diamagnetico
NO, O₂⁺15… σ2p² π2p⁴ π*2p¹2.5paramagnetico (1)
O₂16σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p²2paramagnetico (2)
O₂⁻17… π*2p³1.5paramagnetico (1)
F₂, O₂²⁻18… π*2p⁴1diamagnetico
Ne₂20… π*2p⁴ σ*2p²0non stabile

Errori comuni

  • Usare l'ordine di O₂ per B₂, C₂ o N₂. Dà il magnetismo sbagliato per B₂ e C₂.
  • Appaiare troppo presto gli elettroni in π*. O₂ sembra allora diamagnetico, il che è sbagliato.
  • Dimenticare di modificare il numero di elettroni per gli ioni.
  • Contare gli elettroni del core da una parte della formula ma non dall'altra. Conta tutti gli elettroni, oppure solo quelli di valenza, ma fallo allo stesso modo per legame e antilegame.
  • Pensare che solo le specie con numero dispari di elettroni siano paramagnetiche. O₂ (16) e B₂ (10) sono pari e tuttavia paramagnetiche.

Consigli per l'esame

  • JEE e NEET: impara la scorciatoia per le biatomiche del secondo periodo in base agli elettroni totali: 10 dà 1, 12 dà 2, 14 dà 3, 15 dà 2,5, 16 dà 2, 17 dà 1,5, 18 dà 1 e 20 dà 0. I numeri dispari sono sempre paramagnetici. Tra i pari, anche 10 (B₂) e 16 (O₂, NO⁻) sono paramagnetici.
  • JEE e NEET: per ordinare le lunghezze di legame, ordina gli ordini di legame al contrario: O₂²⁻ > O₂⁻ > O₂ > O₂⁺.
  • AP Chemistry: la teoria MO spiega ciò che le strutture di Lewis non possono: O₂ è paramagnetico anche se nella sua struttura di Lewis tutti gli elettroni sono appaiati.
  • A-level e IB: preparati a definire i legami σ e π in base alla sovrapposizione frontale e laterale e a spiegare perché un legame π è più debole di un legame σ.
  • Università: usa i simboli g e u per le biatomiche omonucleari (σg, σu*, πu, πg*) e collega il diagramma MO agli spettri fotoelettronici e alla retrodonazione di CO nei metallo-carbonili.

Verifica qualsiasi risposta in pochi secondi con il generatore di diagrammi MO, poi scarica il diagramma per i tuoi appunti.

Domande e risposte

Che cos'è un diagramma degli orbitali molecolari?

È un diagramma energetico che mostra ai lati gli orbitali atomici di due atomi e al centro gli orbitali molecolari che formano. Gli elettroni sono disegnati come frecce e il diagramma fornisce ordine di legame, magnetismo, HOMO e LUMO.

Come si calcola l'ordine di legame da un diagramma MO?

Ordine di legame = (elettroni negli orbitali di legame − elettroni negli orbitali di antilegame) / 2. Per O₂: (10 − 6)/2 = 2. Per N₂: (10 − 4)/2 = 3.

Perché O₂ è paramagnetico?

I suoi ultimi due elettroni occupano singolarmente i due orbitali degeneri π*2p, con spin paralleli (regola di Hund). Due elettroni spaiati rendono O₂ paramagnetico.

Quando σ2p sta sotto π2p?

Per O₂, F₂, Ne₂ e le altre specie con più di 14 elettroni. Da Li₂ a N₂ e per le specie con 14 elettroni o meno, il mescolamento s–p spinge σ2p sopra π2p.

Quali molecole biatomiche hanno ordine di legame 3?

N₂, CO, CN⁻ e NO⁺. Hanno tutte 14 elettroni e la configurazione KK σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p².

Perché He₂ non esiste?

He₂ ha 2 elettroni di legame e 2 di antilegame, quindi il suo ordine di legame è 0. Non c'è un legame netto. He₂⁺ ha ordine di legame 0,5 ed esiste.

B₂ è paramagnetico o diamagnetico?

B₂ è paramagnetico con 2 elettroni spaiati, uno in ciascun orbitale π2p. Questo è possibile solo se π2p sta sotto σ2p, quindi B₂ è una prova del mescolamento s–p.

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