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Como alguém pode desenhar diagramas orbitais atômicos e moleculares?

Vou usar oxigênio (#"O"_2(g)#) como um exemplo.

Com o oxigênio, você sabe que as energias potenciais orbitais atômicas vão na seguinte ordem:

#V_(1s)# #"<<"# #V_(2s) < V_(2p)#

Portanto, o diagrama orbital atômico é simplesmente aqueles orbitais nessa ordem de energia. Observe que o #1s# orbitais são significativamente mais baixos em energia do que os #2s# orbitais.

Para o diatômico homonuclear #"O"_2#, simplesmente temos duas cópias desse diagrama orbital atômico distantes no início. Encha aqueles com oxigênio 8 elétrons (2 core + 6 valência).

Agora temos dois do mesmo diagramas orbitais atômicos dispostos:

Então, para o diagrama orbital molecular, examinamos como esses orbitais atômicos interagem entre si em um combinação linear de orbitais atômicos (LCAO). Aqui está como isso acontece (é claro, o #ns# são compatíveis com o #ns#).

Tomando o eixo internuclear como o #z#-axis, temos:

  • #"AO"_(1s) + "AO"_(1s) = sigma_(1s) + sigma_(1s)^"*"# (strong head-on overlap)
  • #"AO"_(2s) + "AO"_(2s) = sigma_(2s) + sigma_(2s)^"*"# (strong head-on overlap)
  • #"AO"_(2p_x) + "AO"_(2p_x) = pi_(2p_x) + pi_(2p_x)^"*"# (weak sidelong overlap)
  • #"AO"_(2p_y) + "AO"_(2p_y) = pi_(2p_y) + pi_(2p_y)^"*"# (weak sidelong overlap)
  • #"AO"_(2p_z) + "AO"_(2p_z) = sigma_(2p_z) + sigma_(2p_z)^"*"# (strong head-on overlap)

Assim, tomamos 10 orbitais atômicos e gerar 10 orbitais moleculares, de acordo com a conservação dos orbitais.

Com base na quantidade de sobreposição orbital, as mudanças relativas de energia diferem indo do orbital atômico ao orbital molecular. Maior overlap = maior mudança de energia.

É por isso que o #sigma_(2p_z)# orbitais moleculares são mais baixos em energia do que os #pi_(2p_x)# e #pi_(2p_y)# orbitais moleculares.

E, finalmente, basta preencher os elétrons de acordo com Regra de Hund, pela Princípio de exclusão de Pauli, e as Princípio Aufbau.

Você começa 8 elétrons de cada oxigênio, para que você obtenha 16 total:

E, de fato, isso concorda com de outros MO diagramas of #"O"_2(g)#.

Isso é conhecido como trio (#""^3 Sigma#) oxigênio, o estado fundamental do gás oxigênio.