Enunciado
Física - Atkins - Fisico-Quimica - Vol. 1- Ed: 8º - Capítulo 13.Aplicações - Ex. 33
O espaço circundante às estrelas, denominado espaço circum-estelar, é consideravelmente mais quente, pois as estrelas são emissores de intensa radiação de corpo negro, com temperaturas da ordem de milhares de kelvins. Discuta como fatores, tais como a temperatura da nuvem, a massa específica de partículas e a velocidade das partículas, podem afetar o espectro rotacional do numa nuvem interestelar. Que novos aspectos do espectro do podem ser observados no gás ejetado, mas ainda próximo, de uma estrela com uma temperatura de , em relação ao gás numa nuvem com temperatura de ? Explique como esses aspectos podem ser usados para distinguir entre o material interestelar e o circum-estelar, com base no espectro rotacional do .
Passo 1
Vamos que essa é bem interessante hehehe
Uma molécula pode exibir um espectro rotacional quando possui um momento dipolar permanente, por exemplo, CO. A regra de seleção para uma transição rotacional em uma molécula diatômica é dada como , dando ramos P e R.
Um espectro rotacional típico consiste em linhas igualmente espaçadas em ramos e , cujas intensidades relativas dependem da distribuição térmica dos elétrons, mais especificamente, da população do estado inferior de onde a transição está acontecendo.
Esta distribuição da população pode ser calculada usando a equação de distribuição de Boltzmann
Ah, o surge por causa do fator de degenerescência, que aumenta a população à medida que cresce. No entanto, em valores de mais altos, o fator exponencial vai vencer, levando a uma diminuição na população relativa.
Passo 2
Para determinar o valor de J onde a população é máxima (e consequentemente a intensidade também), podemos derivar a equação acima e igualá-la a zero. Isso dá
A partir da relação acima, fica evidente que mudará em direção ao valor mais alto à medida que a temperatura aumenta.
Passo 3
Para a molécula de CO próxima a uma estrela em 1000K, o pico de intensidade máxima será observado em um valor mais alto de J em comparação com a molécula de CO que está em 10K.
A distribuição de energia nesses níveis da molécula também é governada pelas colisões (comumente conhecidas como equilíbrio termodinâmico local) com outras partículas e, portanto, pode alterar o espectro rotacional da molécula e também a taxa de colisão pode levar ao aumento da pressão do espectro. Por outro lado, a velocidade da molécula pode levar ao alargamento Doppler, que depende da velocidade RMS da molécula levando à modificação do espectro rotacional. Deve-se notar que o efeito de alargamento no espectro será diferente para o alargamento Doppler e o alargamento da pressão.
Ufa, é isso!!
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)