Enunciado
Química - Atkins - Fisico-Quimica - Vol. 1- Ed: 8º - Capítulo 11.Problemas Numéricos - Ex. 17
17 – Se você tem acesso a um programa matemático que realiza diagonalização matricial, utilize-o para resolver os Problemas 11.5 e 11.6, sem considerar as expressões fornecidas para as energias e coeficientes.
Passo 1
Os softwares Mathcad e Matlab, podem fazer essa tarefa de diagonalização matricial.
Usando o Mathcad vamos ter os seguintes comandos computacionais intrínsecos ao software para realizar tal tarefa:
-A função autovals() realiza a diagonalização matricial para encontrar os autovalores de uma matriz;
-A função autovecs() é usada para encontrar os autovetores.
Passo 2
Para mostrar o uso da técnica utilizada no software, os sistemas π conjugado de ambas as moléculas de benzeno e hexatrieno são analisadas abaixo com a aproximação de Hückel.
Os níveis de energia são representados por x, na qual
O nível de energia aumenta com o número de nós na função de onda.
Escrevendo a matriz secular de Hückel como M(x), as funções autovals() e autovecs(), usando M(0) como seus argumentos.
O operador transposto (T) é usado para colocar os coeficientes de cada autofunção ao longo de uma linha. Os autovalores são classificados com a função sort(). A soma dos quadrados dos coeficientes do orbital p é igual a 1 quando a função de onda está normalizada. Quando duas autofunções são ortogonais, a soma de seus coeficientes multiplicados é igual a zero.
Passo 3
A partir das análises e descrições das funções feitas anteriormente, chegamos no seguinte:
-Para o Benzeno:
-Para o hexatrieno:
Passo 4
Colocando um total de 6 elétrons π do benzeno nos três níveis de energia mais baixos dando uma energia total x de:
Pela imagem do passo anterior para o benzeno:
A energia de deslocalização é dada por:
Onde, N é o nº de elétrons
Assim
Passo 5
A energia de ligação π, Eπ, é dada pela soma total das energias dos orbitais:
Onde,
Assim,
A energia de deslocalização será:
Passo 6
Calculando a energia de deslocalização para o hexatrieno, analogamente:
Onde,
Assim,
Logo,
Resposta
Para o benzeno:
Para o hexatrieno: