Enunciado

Determine a diferença entre as energias de dissociação do H2 e do D2 a partir do valor de 4395,2 cm- 1 do recíproco do comprimento de onda equivalente à vibração fundamental da molécula de H2.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de física quântica?!

Passo 2

A energia de dissociação E d de uma molécula diatômica é:

E d = V 0 - δ

Aqui, V 0 é a energia de ligação da molécula e δ é a energia de ponto zero.

A energia de ponto zero de uma molécula diatômica é, em termos de frequência de vibração do ponto zero ν 0 e a constante de Planck h :

δ = 1 2 h ν 0 = 1 2 h 1 2 π C μ = h 4 π C μ

Aqui, μ é a massa reduzida da molécula diatômica e C é a constante de força.

Para as moléculas H 2 e D 2 , que tem as mesmas energias de ligação, a diferença nas energias de dissociação E d é:

Δ E d = V 0 - δ H 2 - V 0 - δ D 2 = δ D 2 - δ H 2 = h 4 π C μ D 2 - h 4 π C μ H 2

H 2 e D 2 sendo compostos de isótopos do mesmo elemento, tem constantes de forças idênticas mas massas reduzidas diferentes, com a massa reduzida de D 2 é dada por:

μ D 2 = 2 μ H 2

Substituindo isso na expressão para a diferença na energia de dissociação e simplificando:

Δ E d = h 4 π C μ H 2 1 2 - 1 = 1 2 h ν H 2 1 2 - 1

Passo 3

A frequência correspondente de H 2 é

ν H 2 = 4392,5   c m - 1 100   c m / m 2,998 ⋅ 10 8   m / s = 1,3177 ⋅ 10 14   s - 1

Substituindo 6,626 ⋅ 10 - 34   J ⋅ s para h em E d e calculando a diferença na energia de dissociação

Δ E d = 1 2 6,626 ⋅ 10 - 34   J ⋅ s 1,3177 ⋅ 10 14   s - 1 1 2 - 1 1   e V 1,602 ⋅ 10 - 19   J

∴ Δ E d = - 0,0798   e V

Resposta

Δ E d = - 0,0798   e V

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