Para o caso de uma absorção que excita um estado eletrônico fundamental singleto para um estado excitado tripleto, por que os espectros de absorção e emissão não são sobreponíveis? Por que as transições
não são observadas no mesmo comprimento de onda?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado está perguntando por que, quando um elétron no estado fundamental singlete absorve energia e vai para um estado excitado triplete, os espectros de absorção e emissão não se sobrepõem. Além disso, quer saber por que as transições
não são observadas no mesmo comprimento de onda. Para resolver isso, vamos usar conceitos de espectroscopia eletrônica e teoria de estados de spin.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender o que são estados singlete e triplete. Em química, os estados singlete têm todos os spins dos elétrons emparelhados, resultando em um spin total de
. Já os estados triplete têm dois elétrons com spins não emparelhados, resultando em um spin total de
. A transição entre diferentes estados de spin (singlete para triplete ou vice-versa) é chamada de intersystem crossing.
Passo 3
Quando um elétron absorve energia e faz a transição do estado singlete fundamental para um estado triplete excitado, a energia envolvida nessa transição determina o comprimento de onda da luz absorvida. Esse processo cria o espectro de absorção.
Passo 4
Por outro lado, a emissão ocorre quando o elétron no estado triplete retorna ao estado singlete ground state, liberando energia na forma de fótons. Idealmente, se não houvesse perda de energia, o comprimento de onda da emissão seria o mesmo da absorção, fazendo com que os espectros se sobrepusessem.
Passo 5
No entanto, na prática, a transição de triplete para singlete não é direta e envolve processos de relaxamento que podem levar a perdas de energia (por exemplo, vibrações e rotações moleculares). Além disso, a diferença nos estados de spin faz com que as energias dos estados singlete e triplete não coincidam exatamente. Isso faz com que os comprimentos de onda da absorção e emissão sejam diferentes, fazendo com que os espectros não se sobreponham.
Passo 6
Quanto às transições
, elas representam a transição entre os níveis vibrações vibracionais mais baixos dos estados inicial e final. Para que essa transição ocorra no mesmo comprimento de onda, os estados singlete e triplete precisariam ter exatamente a mesma energia, o que não acontece devido à diferença de spin e à energia envolvida nas transições. Portanto, essas transições não são observadas no mesmo comprimento de onda.
Resposta
Os espectros de absorção e emissão não se sobrepõem porque as transições entre estados singlete e triplete envolvem diferenças de energia devido às mudanças no spin, fazendo com que os comprimentos de onda sejam diferentes. Além disso, as transições
não ocorrem no mesmo comprimento de onda porque os estados singlete e triplete não têm exatamente a mesma energia, impossibilitando essa coincidência.
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