¿Por qué es el oxígeno paramagnético?

Question

Las moléculas paramagnéticas son moléculas que tienen electrones individuales. Cuando dibujo la estructura de Lewis de $\ce{O2}$, parece ser una estructura diamagnética. ¿Qué lo hace paramagnético?

Answer 1

Para entender la naturaleza paramagnética de $\ce{O2}$, primero debemos comprender cómo se mezclan los orbitales atómicos para formar los orbitales moleculares. En las moléculas diatómicas de los elementos en el segundo periodo, un fenómeno conocido como mezcla $\mathrm{s}$-$\mathrm{p}$ resulta en un aumento en la energía del orbital molecular $\sigma_\mathrm{2p_z}$, y una disminución en la energía del orbital $\sigma_\mathrm{2s}$. Esto también se observa en los orbitales $\sigma^{*}_\mathrm{2p_z}$ y $\sigma^{*}_\mathrm{2s}$.

El grado de mezcla $\mathrm{s}$-$\mathrm{p}$ está determinado por la brecha de energía entre los orbitales $\mathrm{s}$ y $\mathrm{p}$. Cuanto mayor es la brecha de energía, menos se mezclan los orbitales. Debido a que la brecha $\mathrm{s}$-$\mathrm{p}$ aumenta a lo largo de un periodo, la mezcla $\mathrm{s}$-$\mathrm{p}$ en $\ce{O2}$ y $\ce{F2}$ es tan baja que el orbital $\sigma^{*}_\mathrm{2p_z}$ tiene menor energía que el orbital $\pi_\mathrm{2p_{x,y}}$, a diferencia de los elementos anteriores.

Esto se puede observar aquí:

[fuente]

Al construir el diagrama de orbitales moleculares para $\ce{O2}$ y llenar cada orbital de acuerdo con la regla de Hund, se hace evidente que $\ce{O2}$ es un dirradical, con dos electrones sin aparear del mismo espín. Esto es lo que le otorga a oxígeno su paramagnetismo.