Guía de Estudio Interactiva: Orbitales Moleculares

El problema principal es que la estructura de Lewis del O2 predice que todos los electrones están emparejados, lo que contradice el comportamiento magnético observado de la molécula (su paramagnetismo).

La molécula de O2 exhibe paramagnetismo. Esto se relaciona con su estructura electrónica porque indica la presencia de electrones desapareados.

El paramagnetismo es la propiedad de una sustancia de ser atraída por un campo magnético. Indica que la sustancia contiene uno o más electrones desapareados.

El diamagnetismo es la propiedad de una sustancia de ser débilmente repelida por un campo magnético. Se diferencia del paramagnetismo en que todos los electrones en una sustancia diamagnética están emparejados, mientras que las sustancias paramagnéticas tienen electrones desapareados y son atraídas.

El peso aparente de una sustancia paramagnética aumenta ligeramente en presencia de un campo magnético debido a la fuerza de atracción ejercida por el campo sobre los electrones desapareados.

El texto menciona la Balanza de Gouy como un instrumento para medir la cantidad de electrones desapareados en una muestra, comparando su masa con y sin un campo magnético.

Una limitación de la teoría de enlace de valencia es su dificultad para explicar el paramagnetismo de moléculas como el O2, que se describe fácilmente con la teoría de orbitales moleculares.

A diferencia de la teoría de enlace de valencia que asigna orbitales híbridos a átomos específicos, la teoría MO describe la ubicación de los electrones en orbitales moleculares deslocalizados sobre la molécula completa.

La LCAO (Combinación Lineal de Orbitales Atómicos) es el proceso matemático de combinar funciones de onda de orbitales atómicos. Este proceso genera orbitales moleculares que describen el comportamiento de los electrones en la molécula.

Los orbitales moleculares de enlace (σ, π) tienen menor energía y concentran la densidad electrónica entre los núcleos, lo que estabiliza la molécula. Los orbitales moleculares de antienlace (σ*, π*) tienen mayor energía y presentan un nodo (una región de densidad electrónica cero) entre los núcleos, lo que desestabiliza la molécula.

Esta es una pregunta de ensayo. Desarrolla tu respuesta considerando los siguientes puntos:

• Principios básicos de cada teoría.
• Forma en que describen los enlaces y la ubicación de los electrones.
• Conceptos como hibridación (TEV) vs. orbitales deslocalizados (TOM).
• Capacidad para explicar propiedades como el magnetismo y los espectros electrónicos.
• Complejidad y aplicabilidad a diferentes tipos de moléculas.

Considera los siguientes aspectos para tu explicación:

• La predicción de la estructura de Lewis para O2 (electrones apareados).
• La observación experimental del paramagnetismo del O2.
• Construcción del diagrama de orbitales moleculares para O2.
• Llenado de electrones en los orbitales moleculares según las reglas de Hund y Pauli.
• Identificación de electrones desapareados en el diagrama MO del O2.

Detalla los siguientes puntos en tu descripción:

• Principio de Combinación Lineal de Orbitales Atómicos (LCAO).
• Interferencia constructiva: cómo conduce a orbitales de enlace (σ, π), menor energía, mayor densidad electrónica entre núcleos.
• Interferencia destructiva: cómo conduce a orbitales de antienlace (σ*, π*), mayor energía, nodo entre núcleos.
• Tipos de superposición: frontal (para orbitales σ) y lateral (para orbitales π) de orbitales s y p.
• Representaciones gráficas de estos orbitales.

En tu análisis, aborda:

• Concepto de bandas de energía (banda de valencia y banda de conducción) formadas por orbitales moleculares en sólidos.
• La brecha de energía (band gap) entre la banda de valencia y la banda de conducción.
• Conductores: superposición de bandas o band gap muy pequeño/nulo.
• Aislantes: band gap grande.
• Semiconductores: band gap intermedio, conductividad puede aumentar con la temperatura o dopaje.

En tu discusión, incluye:

• Pasos para construir un diagrama de OM para moléculas diatómicas homonucleares (ej. N2, O2, F2).
• Cómo se llenan los electrones en los OM.
• Cálculo del orden de enlace: (electrones en OM de enlace - electrones en OM de antienlace) / 2.
• Relación del orden de enlace con la estabilidad y longitud del enlace.
• Predicción de propiedades magnéticas (paramagnetismo vs. diamagnetismo) basada en la presencia de electrones desapareados.

Representación de una molécula que muestra la conectividad de los átomos y la distribución de los electrones de valencia como puntos o pares.

Propiedad de una sustancia que es atraída por un campo magnético debido a la presencia de electrones desapareados.

Propiedad de una sustancia que es débilmente repelida por un campo magnético debido a que todos sus electrones están emparejados.

Medida de la fuerza que experimenta una sustancia en un campo magnético.

Instrumento utilizado para medir la susceptibilidad magnética de una muestra, comparando su peso en presencia y ausencia de un campo magnético.

Teoría que describe el enlace químico en términos de orbitales moleculares que se deslocalizan sobre la molécula completa.

Teoría que describe el enlace químico en términos de la superposición de orbitales atómicos localizados entre pares de átomos.

Regiones del espacio alrededor de un átomo donde es probable encontrar un electrón.

Combinación de orbitales atómicos en un mismo átomo para formar nuevos orbitales con formas y energías diferentes.

Regiones del espacio en una molécula donde es probable encontrar un electrón, formadas por la combinación de orbitales atómicos de átomos constituyentes.

Moléculas compuestas por dos átomos idénticos.

Proceso matemático de combinar funciones de onda de orbitales atómicos para generar funciones de onda de orbitales moleculares.

Combinación de ondas en fase que produce una onda con mayor amplitud y aumenta la densidad electrónica.

Combinación de ondas fuera de fase que produce una onda con menor o nula amplitud y disminuye la densidad electrónica, creando nodos.

Orbital molecular de menor energía formado por la interferencia constructiva de orbitales atómicos, donde la densidad electrónica se concentra entre los núcleos, estabilizando la molécula.

Orbital molecular de mayor energía formado por la interferencia destructiva de orbitales atómicos, con un nodo entre los núcleos, que desestabiliza la molécula. Se denota con un asterisco (*).

Orbital molecular donde la densidad electrónica se distribuye simétricamente alrededor del eje internuclear. Se forma por la superposición frontal de orbitales atómicos.

Orbital molecular formado por la superposición lateral de orbitales atómicos p, con densidad electrónica por encima y por debajo del eje internuclear y un plano nodal a lo largo del eje.

Electrones que ocupan un orbital de forma individual, con su espín sin oponerse a otro electrón en el mismo orbital.

Principio que establece que los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones para alcanzar una configuración electrónica con ocho electrones de valencia, similar a los gases nobles.

Región del espacio en un orbital donde la probabilidad de encontrar un electrón es cero.