Enunciado

(a) Mostre proveniente que o de uma mistura de duas moléculas diatômicas isotópicas é dado

por \Delta v/v = - \Delta \mu/\mu, onde \mu é a massa reduzida da molécula, (b) Qual o valor dessa razão mistura de HC135 e HCI37?

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de física quântica?!

Passo 2

a) A energia Δ E r da transição entre o nível rotacional r - 1 e nível r é:

Δ E r = h 2 I r = h 2 μ R 0 2 r

Aqui, I é a inércia molecular rotacional, que é o produto do equilíbrio de separação da molécula R 0 e a massa reduzida μ .

Para moléculas isotópicas diatómicas, R 0 não vai ser diferentes entre isótopos, e somente a massa reduzida da configuração vai ser diferente. A transição de energia corresponde a radiação da frequência espectral ν :

Δ E r = h

Equacionando essas duas expressões para a energia de transição para achar a frequência espectral como uma função da massa reduzida:

h ν = h 2 μ R 0 2 r

Passo 3

Rearranjando a expressão para ν

ν = h 2 h μ R 0 2 r = h 2 π μ R 0 2 r

Passo 4

Achando a mudança na frequência espectral com respeito a mudança na massa reduzida fazendo a derivada dessa expressão com respeito a μ

Δ ν Δ μ = d ν d μ = - h 2 π μ 2 R 0 2 r = - ν μ

Passo 5

Rearranjando os termos para achar a mudança relativa na frequência espectral:

Δ ν ν = - Δ μ μ

Passo 6

b) A razão da mudança frequência relativa de uma linha espectral para a mistura de dois isótopos H C l 35 e H C l 37 podem ser de determinadas como:

Calculando a massa reduzida de H C l 35 usando os pesos atômicos de H e C l 35

μ 35 = 34,969   u 1,0078   u 34,969   u + 1,0078   u = 0,97957   u

Calculando a massa reduzida de H C l 3 7 usando os pesos atômicos de H e C l 3 7

μ 35 = 36,966   u 1,0078   u 3 6,966   u + 1,0078   u = 0 , 98105   u

Calculando a mudança na frequência relativa em termos da mudança relativa na massa reduzida de H C l 37 :

Δ ν ν - μ 35 - μ 37 μ 35 = - 0,97957 - 0,98105 0,97957 = 0,0015109

Resposta

b) 0,0015109

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