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Gerador de diagrama de orbitais moleculares
Em resumo: gerador de diagramas de orbitais moleculares para moléculas e íons diatômicos de H₂ a Ne₂, além de CO, NO, CN⁻ e HF. Ele usa a ordem correta dos orbitais (com ou sem mistura s–p), preenche os elétrons pela regra de Hund e informa a ordem de ligação, o magnetismo, o HOMO, o LUMO e a configuração de OM. É gratuito, funciona no navegador e não precisa de download.
Escolha uma molécula ou íon diatômico para ver o diagrama de energia de OM com os orbitais atômicos dos dois lados, os orbitais moleculares no meio e cada elétron desenhado como uma seta. A caixa de resultado explica a ordem de ligação e o magnetismo passo a passo.
Digite O2, N2+, O2 2-, NO, CO, CN- ou HF, ou escolha os átomos abaixo.
Exemplos
Os orbitais ligantes são verde-azulados, os antiligantes vermelhos e os não ligantes cinza. As linhas tracejadas mostram quais orbitais atômicos se combinam. A escala de energia é esquemática.
Como usar o gerador de diagramas de OM
- Digite uma molécula ou íon diatômico em Molécula ou íon, por exemplo
O2,N2+,O2 2-ouCN-. Você também pode escolher Átomo 1, Átomo 2 e Carga, ou clicar em um botão de exemplo. - Deixe Ordem dos orbitais em Automática para usar a regra dos livros, ou force a ordem com ou sem mistura s–p para comparar.
- Leia a ordem de ligação, o magnetismo, o HOMO, o LUMO e a configuração de OM na caixa de resultado. O diagrama mostra os elétrons como setas.
- Clique em Baixar SVG ou Baixar PNG para salvar o diagrama para anotações, slides ou listas de exercícios.
Como funciona um diagrama de orbitais moleculares
Quando dois átomos se ligam, seus orbitais atômicos se combinam em orbitais moleculares (OM). Dois orbitais atômicos dão um OM ligante (de menor energia, com densidade eletrônica entre os núcleos) e um OM antiligante (de maior energia, marcado com *). A sobreposição frontal dá orbitais σ; a sobreposição lateral de orbitais p dá um par de orbitais π.
Ordem de ligação = (elétrons em OM ligantes − elétrons em OM antiligantes) / 2
Ordem dos orbitais para diatômicas do segundo período
| Espécie | Ordem dos OM de valência (do menor para o maior) |
|---|---|
| Li₂ a N₂, e qualquer espécie com 14 elétrons ou menos (CO, CN⁻, NO⁺, N₂⁺) | σ2s < σ*2s < π2p < σ2p < π*2p < σ*2p |
| O₂, F₂, Ne₂ e espécies com mais de 14 elétrons (O₂⁺, O₂⁻, NO) | σ2s < σ*2s < σ2p < π2p < π*2p < σ*2p |
A troca vem da mistura s–p. Em B, C e N os níveis 2s e 2p são próximos, então σ2s e σ2p interagem e o σ2p é empurrado para cima do π2p. Em O e F a diferença 2s–2p é grande, a mistura é fraca e o σ2p fica abaixo do π2p. Para espécies com 15 elétrons ou mais, as duas ordens dão o mesmo número de elétrons em cada orbital, então a ordem de ligação e o magnetismo não mudam.
Regras de preenchimento
- Aufbau: preencha primeiro o OM de menor energia. Cada orbital comporta dois elétrons com spins opostos (princípio de Pauli).
- Regra de Hund: em um par degenerado como o π*2p, coloque um elétron em cada orbital antes de emparelhar. É por isso que o O₂ tem dois elétrons desemparelhados.
- Magnetismo: qualquer elétron desemparelhado torna a espécie paramagnética (atraída por um ímã). Todos os elétrons emparelhados significa diamagnética.
- HOMO e LUMO: o OM ocupado de maior energia e o OM desocupado de menor energia. Um HOMO semipreenchido também é chamado de SOMO (OM ocupado por um só elétron).
Diatômicas heteronucleares
Em CO, NO e CN⁻ o átomo mais eletronegativo tem orbitais atômicos de menor energia, por isso é desenhado mais abaixo, à direita. Os OM ligantes ficam mais próximos desse átomo; os OM antiligantes ficam mais próximos do átomo menos eletronegativo. No HF, o orbital 1s do H se sobrepõe apenas ao orbital 2p do F ao longo da ligação. O 2s do F e os outros dois orbitais 2p do F continuam como pares isolados não ligantes, então o HF tem ordem de ligação 1.
Ordem, comprimento e energia de ligação comparados
Uma ordem de ligação maior significa uma ligação mais curta e mais forte. Comprimentos de ligação aproximados em pm e energias de dissociação de ligação em kJ/mol:
| Espécie | Elétrons | Ordem de ligação | Magnetismo (desemparelhados) | Comprimento de ligação (pm) | Energia de ligação (kJ/mol) |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂⁺ | 1 | ½ | paramagnético (1) | 106 | 256 |
| H₂ | 2 | 1 | diamagnético | 74 | 436 |
| He₂⁺ | 3 | ½ | paramagnético (1) | 108 | 230 |
| He₂ | 4 | 0 | diamagnético | não ligado | não ligado |
| Li₂ | 6 | 1 | diamagnético | 267 | 105 |
| Be₂ | 8 | 0 | diamagnético | 245 | cerca de 10 |
| B₂ | 10 | 1 | paramagnético (2) | 159 | 290 |
| C₂ | 12 | 2 | diamagnético | 124 | 599 |
| N₂ | 14 | 3 | diamagnético | 110 | 945 |
| N₂⁺ | 13 | 2½ | paramagnético (1) | 112 | 841 |
| O₂⁺ | 15 | 2½ | paramagnético (1) | 112 | 643 |
| O₂ | 16 | 2 | paramagnético (2) | 121 | 498 |
| O₂⁻ (superóxido) | 17 | 1½ | paramagnético (1) | 133 | n/d |
| O₂²⁻ (peróxido) | 18 | 1 | diamagnético | 149 | n/d |
| F₂ | 18 | 1 | diamagnético | 142 | 159 |
| Ne₂ | 20 | 0 | diamagnético | não ligado | não ligado |
| CO | 14 | 3 | diamagnético | 113 | 1076 |
| NO⁺ | 14 | 3 | diamagnético | 106 | 1050 |
| CN⁻ | 14 | 3 | diamagnético | 116 | n/d |
| NO | 15 | 2½ | paramagnético (1) | 115 | 631 |
| HF | 10 | 1 | diamagnético | 92 | 570 |
Tendência na série do oxigênio: O₂⁺ (2½, 112 pm) > O₂ (2, 121 pm) > O₂⁻ (1½, 133 pm) > O₂²⁻ (1, 149 pm). Espécies isoeletrônicas (N₂, CO, CN⁻, NO⁺ com 14 elétrons) têm todas ordem de ligação 3.
Exemplos resolvidos
O₂: por que o oxigênio líquido gruda em um ímã
16 elétrons: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p².
Ligantes 10 (com σ1s), antiligantes 6. Os dois elétrons π* ficam desemparelhados pela regra de Hund.
Ordem de ligação 2, paramagnético, 2 desemparelhados
N₂: a ligação tripla
14 elétrons, ordem com mistura s–p: KK σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p².
Ordem de ligação = (10 − 4)/2.
Ordem de ligação 3, diamagnético, HOMO σ2p
B₂ e C₂ (clássico de vestibular, JEE e NEET)
B₂ (10 e): π2p¹ π2p¹ dá 2 elétrons desemparelhados. C₂ (12 e): π2p⁴, todos emparelhados.
Sem mistura s–p o B₂ seria diamagnético, o que contradiz o experimento.
B₂ paramagnético (OL 1); C₂ diamagnético (OL 2)
NO, NO⁺ e NO⁻
O NO tem 15 elétrons: um elétron no π*2p. O NO⁺ (14) o perde; o NO⁻ (16) é como o O₂.
OL = (10 − 5)/2 para o NO.
NO 2½ (1 desemparelhado), NO⁺ 3, NO⁻ 2 (2 desemparelhados)
CO: HOMO e LUMO
14 elétrons, como o N₂. O HOMO é o σ2p (3σ), principalmente um par isolado do carbono; o LUMO é o π*2p.
É por isso que o CO se liga a metais pelo carbono e aceita retrodoação no π*.
Ordem de ligação 3, diamagnético
He₂ e He₂⁺
He₂: σ1s² σ*1s², ligantes = antiligantes. He₂⁺: σ1s² σ*1s¹.
OL = (2 − 1)/2 para o He₂⁺.
He₂ ordem de ligação 0 (não estável); He₂⁺ ordem de ligação ½
Erros comuns
- Ordem errada para N₂ ou B₂. Usar a ordem do O₂ para o B₂ prevê uma molécula diamagnética. Até 14 elétrons, o π2p vem antes do σ2p.
- Emparelhar cedo demais. Em um par degenerado π ou π*, os dois primeiros elétrons vão para orbitais separados com spins paralelos.
- Esquecer a carga. Uma carga positiva remove elétrons (O₂⁺ tem 15), uma carga negativa os adiciona (O₂²⁻ tem 18).
- Confundir contagens de caroço e de valência. Contar todos os elétrons ou só os de valência dá a mesma ordem de ligação, porque o par de caroço σ1s e σ*1s se cancela. Basta ser coerente.
- Chamar ordem de ligação 0 de ligação fraca. Ordem de ligação 0 (He₂, Be₂, Ne₂) significa nenhuma ligação covalente líquida; não se espera que a espécie exista como molécula estável.
- Achar que paramagnetismo exige número ímpar de elétrons. O O₂ tem número par de elétrons e mesmo assim é paramagnético.
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Abrir o editor MolDrawPerguntas frequentes
Qual é a ordem de ligação do O₂?
O O₂ tem 16 elétrons: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p². Elétrons ligantes = 10 e antiligantes = 6 (contando o caroço 1s), então a ordem de ligação = (10 − 6)/2 = 2.
Por que o O₂ é paramagnético?
Os dois últimos elétrons vão para os dois orbitais degenerados π*2p. Pela regra de Hund, eles ocupam orbitais separados com spins paralelos, então o O₂ tem 2 elétrons desemparelhados e é atraído por um campo magnético.
Por que a ordem dos OM é diferente para N₂ e O₂?
Em B, C e N os níveis 2s e 2p são próximos, então a mistura s–p empurra o σ2p para cima do π2p. Em O e F a diferença é grande e o σ2p fica abaixo do π2p. Como regra, espécies com 14 elétrons ou menos usam a ordem com mistura.
Por que o B₂ é paramagnético e o C₂ é diamagnético?
Com a mistura s–p, o π2p fica abaixo do σ2p. O B₂ (10 elétrons) coloca um elétron em cada orbital π2p, o que dá 2 elétrons desemparelhados. O C₂ (12 elétrons) preenche os dois orbitais π2p, então todos os elétrons estão emparelhados.
Qual é a ordem de ligação do NO, NO⁺ e NO⁻?
O NO tem 15 elétrons, com um elétron desemparelhado no π*2p, então a ordem de ligação é 2,5. O NO⁺ (14 elétrons) tem ordem de ligação 3 e é diamagnético. O NO⁻ (16 elétrons) tem ordem de ligação 2 e dois elétrons desemparelhados, como o O₂.
Qual orbital é o HOMO do CO?
O HOMO do CO é o orbital σ2p (também chamado 3σ), que é principalmente um par isolado no carbono. O LUMO é o π*2p. Isso explica por que o CO se liga a metais pelo carbono.
Como a ordem de ligação se relaciona com o comprimento e a energia da ligação?
Uma ordem de ligação maior dá uma ligação mais curta e mais forte. Para a série do oxigênio: O₂⁺ (2,5) 112 pm, O₂ (2) 121 pm, O₂⁻ (1,5) 133 pm e O₂²⁻ (1) 149 pm.
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