Apresente quatro evidências experimentais distintas que suportem a existência do Efeito JahnTeller, discutindo adequadamente cada caso.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede quatro evidências experimentais distintas que mostrem que o Efeito Jahn–Teller existe de verdade. Isso é matéria de Química Inorgânica / Teoria de Campo Cristalino e Acoplamento vibronic–eletrônico. Para resolver, a gente vai precisar entender:
- O que é degenerescência eletrônica e por que ela gera instabilidade.
- Como um complexo octaédrico (ou outros) distorce para remover essa degenerescência.
- Quais técnicas experimentais (difração de raios X, espectroscopia eletrônica, RPE/EPR, espectroscopia vibracional) “veem” essa distorção.
A partir do próximo passo, partimos para as evidências em si.
Passo 2
Evidência 1 – Difração de Raios X em complexos de Cu(II)
- Teoria por trás: Um íon Cu²⁺ d⁹ em um campo octaédrico ideal tem um orbital
degenerado (duas energias iguais), o que causa instabilidade. Pelo Efeito Jahn–Teller, o complexo distorce (alongando ou daindan… modificando comprimentos de ligação) para dividir esses níveis e baixar energia. - Experimento: faz-se cristalografia de raios X em sais como [Cu(H₂O)₆]SO₄ ou em perovskitas tipo K₂CuF₄.
- Observação: em vez de seis ligações Cu–O todas iguais (~2,10 Å), aparecem quatro ligações curtas (∼1,98 Å) e duas mais longas (∼2,32 Å).
- Interpretação: a diferença de comprimentos de ligação sinaliza a distorção tetragonal típica do Efeito Jahn–Teller estático.
Passo 3
Evidência 2 – Espetroscopia de Absorção Eletrônica UV–Vis
- Teoria por trás: num campo octaédrico sem distorção, tem-se apenas dois níveis
e bem definidos. Se o é degenerado e instável, ele se separa em e com energias diferentes. - Experimento: mede-se o espectro UV–Vis de complexos d⁹ (ex.: [Cu(H₂O)₆]²⁺) ou d⁴ alta spin (Mn³⁺).
- Observação: em vez de um único pico correspondente à transição
, surgem dois picos deslocados, indicando dois valores de energia: e . - Interpretação: o aparecimento de dois picos ao invés de um único confirma que o nível
se “quebrou” em dois – exatamente o previsto pelo Efeito Jahn–Teller.
Passo 4
Evidência 3 – Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE/EPR)
- Teoria por trás: o Efeito Jahn–Teller gera anisotropia na distribuição eletrônica do metal, alterando os valores do fator g e do tensor de hiperesfine.
- Experimento: registra-se o espectro de RPE de complexos de Cu²⁺ em uma matriz sólida ou solução congelada.
- Observação: obtém-se valores de
e diferentes (por exemplo e ), em vez de um único isotrópico. - Interpretação: essa anisotropia demonstra que o campo ao redor do cobre não é mais octaédrico puro – é distorcido, prova do Efeito Jahn–Teller.
Passo 5
Evidência 4 – Espectroscopia Vibracional (IV/IVR ou Raman)
- Teoria por trás: degenerescências vibrais em um complexo ideal também “sentem” o Efeito Jahn–Teller, e modos vibracionais que deveriam ser duplamente degenerados se separam em dois picos distintos.
- Experimento: faz-se espectro de infravermelho ou Raman de, por exemplo, Mn³⁺ em MnOPO₄ ou de CuF₆ em K₂CuF₄.
- Observação: modos
vibracionais aparecem como dois picos de frequências diferentes (em vez de um só), e sua intensidade/posição muda com a temperatura (dinâmica do efeito). - Interpretação: a quebra de degenerescência vibracional é sinal direto de acoplamento vibronico-eletrônico, a essência do Efeito Jahn–Teller.
Resposta
As quatro evidências experimentais que mostram o Efeito Jahn–Teller são:
- Cristalografia de raios X revelando comprimentos de ligação diferentes em octaedros de Cu(II).
- Espectroscopia UV–Vis mostrando a divisão do nível
em duas transições. - RPE/EPR apresentando anisotropia nos parâmetros
e . - Espectroscopia vibracional (IV/IVR ou Raman) com separação de modos degenerados.