Come disegnare i diagrammi di orbitali: 5 passi

Perché i diagrammi MO premiano il metodo, non il talento

Un diagramma di orbitali molecolari intimorisce — lettere greche, scale di energia, frecce ovunque — ma ognuno si costruisce con gli stessi cinque passi. L’esame li valuta in binario: gli elettroni stanno sui livelli giusti oppure no. Impara il metodo una volta e H2, O2 e ogni molecola diatomica nel mezzo si disegnano da soli.

Questa guida percorre i cinque passi fino in fondo e li applica ai due esempi classici.

Cosa ti serve prima di iniziare

• Il numero di elettroni di valenza della molecola (H ne porta 1, C 4, N 5, O 6)
• La formula dell’ordine di legame: (leganti − antileganti) / 2
• Una matita — gli elettroni si spostano tra i passi, quindi disegna i livelli leggeri all’inizio

Passo 1: conta gli elettroni di valenza

Somma gli elettroni di valenza dei due atomi. H₂ ne ha 2; N₂ 10; O₂ 12; F₂ 14; He₂ 4. Scrivi il totale in alto — ogni freccia disegnata dopo deve sommare esattamente a quel numero.

Passo 2: disegna le scale di orbitali atomici

Disegna gli orbitali atomici di valenza di ciascun atomo come brevi linee orizzontali a sinistra e a destra — per le diatomiche della seconda riga: una linea 2s e un gruppo 2p (tre linee, disegnate come un livello) per lato. I due lati sono identici e alla stessa altezza.

Passo 3: scrivi gli orbitali molecolari al centro

Tra le due scale, disegna un livello legante e uno antilegante per ogni coppia di orbitali atomici, con un asterisco (*) su quelli antileganti. L’ordine conta: in O₂ e F₂ il σ2p sta sotto la coppia π2p; da B₂ a N₂ l’ordine si inverte e il π2p sta sotto il σ2p. Questo inversione è il dettaglio più interrogato dei diagrammi MO.

Passo 4: riempi i livelli dal basso

Aggiungi gli elettroni come piccole frecce, livello più basso per primo (Aufbau). Metti un elettrone in ciascun livello di una coppia degenere prima di accoppiarli (Hund), e disegna le coppie come una freccia in su e una in giù (Pauli). In O₂ i due livelli π*2p finiscono con una sola freccia in su ciascuno — quei due elettroni spaiati sono la risposta a «perché l’ossigeno è paramagnetico».

I due diagrammi finiti per il confronto:

Passo 5: calcola l’ordine di legame e prevedi il magnetismo

Conta gli elettroni leganti, quelli antileganti, e applica la formula. H₂: (2−0)/2 = 1. O₂: (8−4)/2 = 2. Un ordine di legame pari a zero — He₂ con (2−2)/2 = 0 — significa che la molecola non esiste. Ogni elettrone spaiato rende la molecola paramagnetica; nessuno, diamagnetica.

Errori comuni da evitare

1. Ordine di livelli sbagliato per N2 — in B2, C2 e N2 il livello π2p sta SOTTO il σ2p; da O2 in poi torna come prima.
2. Il conteggio degli elettroni vaga — riconta le frecce contro il totale del passo 1 prima di finire.
3. Accoppiare troppo presto nei livelli degeneri — i singoli si distribuiscono prima su entrambi i livelli π.
4. Dimenticare gli antileganti nella formula — l’ordine di legame richiede entrambi i conteggi.
5. Confondere σ con σ* — l’asterisco è il livello antilegante; sta più in alto e si sottrae dal legame.
6. Fermarsi al disegno — la domanda di solito vuole l’ordine di legame o il magnetismo, non solo il diagramma.

La tabella riassuntiva

Checklist stampabile

Prima di consegnare un diagramma, scorri questa lista:

• Elettroni di valenza totali contati e scritti in alto
• Scale di orbitali atomici identiche su entrambi i lati
• Ogni coppia di orbitali con livello legante E antilegante
• Ordine dei livelli corretto per la molecola (inversione π2p/σ2p prima di O2)
• Elettroni riempiti dal basso, singoli distribuiti prima di accoppiarsi, coppie a spin opposti
• Il numero di frecce corrisponde al totale del passo 1
• Ordine di legame calcolato con la formula e indicato
• Magnetismo previsto dagli elettroni spaiati

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Riferimenti

• OpenStax Chemistry 2e, 8.4 Molecular Orbital Theory
• LibreTexts Chemistry