Chapter 5, Problem 5.136QA

Interpretation Introduction

To determine:

The bond order of the peroxide and superoxide ions and determine if the bond order values are consistent with those predicted from the Lewis structures.

Answer to Problem 5.136QA

Solution:

The bond order of peroxide (O₂^2-) ion is 1 which is consistent with the Lewis structure.

The bond order of superoxide (O₂^-) ion is 1.5 which is not consistent with the Lewis structure.

Explanation of Solution

Formula:

$\mathrm{ }\mathrm{B}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{d}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{r}=\frac{1}{2}[\left(bonding electrons\right)-\left(antibonding electrons\right)]$

Concept:

MO diagram for valence electrons of O₂^2- ion is:

$\mathrm{T}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{v}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{ }{\mathrm{O}}_2^{-2}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}=2\times \mathrm{v}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{O}\mathrm{ }\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{m}\pm \mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{g}\mathrm{e}$

$\mathrm{T}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{v}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{n}{\mathrm{ }\mathrm{O}}_2^{-2}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}=6+6+2=14$

Bond order is calculated using the formula:

$\mathrm{B}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{d}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{r}=\frac{1}{2}[\left(bonding electrons\right)-\left(antibonding electrons\right)]$

$\mathrm{B}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{d}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{r}=\frac{1}{2}\left[\left(8\right)-\left(6\right)\right]=1$

Lewis structure of O₂^2- ion is:

Here, both O atoms are singly bonded. Therefore, the bond order is 1, which is consistent with the bond order of MO diagram.

MO diagram for valence electrons of O₂^- ion is:

$\mathrm{T}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{v}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{ }{\mathrm{O}}_2^{-1}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}=2\times \mathrm{v}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{ }\mathrm{O}\mathrm{ }\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{m}\pm \mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{g}\mathrm{e}$

T $\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{v}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{ }\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{ }{\mathrm{O}}_2^{-1}\mathrm{ }\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}=6+6+1=13$

Bond order is calculated using the formula:

$\mathrm{B}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{d}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{r}=\frac{1}{2}[\left(bonding electrons\right)-\left(antibonding electrons\right)]$

$\mathrm{B}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{d}\mathrm{ }\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{r}=\frac{1}{2}\left[\left(8\right)-\left(5\right)\right]=1.5$

Lewis structure of O₂^- ion is:

Here, both O atoms are singly bonded. Therefore, the bond order is 1, which is not consistent with the bond order of MO diagram.

Conclusion: The bond order of peroxide (O₂^2-) ion is 1 which is consistent with the Lewis structure. The bond order of superoxide (O₂^-) ion is 1.5 which is not consistent with the Lewis structure.