c) Por que a energia diminui à medida em que os átomos se aproximam a partir de uma distância grande?
Passo 1
Resumo da questão: “c) Por que a energia diminui à medida em que os átomos se aproximam a partir de uma distância grande?”
Conteúdo: potenciais interatômicos (típico Lennard‐Jones ou forças de Van der Waals/Coulomb).
O que vamos precisar:
Conteúdo: potenciais interatômicos (típico Lennard‐Jones ou forças de Van der Waals/Coulomb).
O que vamos precisar:
- Entender o conceito de energia potencial com referência em
; - Relacionar força atrativa com a mudança de energia potencial;
- Ver um exemplo simples de fórmula (Lennard‐Jones) para ilustrar.
Passo 2
Teoria básica de energia potencial:
Quando estudamos dois átomos muito distantes, definimos arbitrariamente a energia potencial . Se houver uma força atrativa entre eles, à medida que eles se aproximam, o sistema “perde” energia potencial (fica
).
Matematicamente, a relação entre força e energia potencial
é
Quando estudamos dois átomos muito distantes, definimos arbitrariamente a energia potencial
Matematicamente, a relação entre força
Se
Passo 3
Entendendo o sinal negativo:
- Força atrativa puxa os átomos um para o outro.
- Quando algo puxa, o sistema libera energia (por exemplo, calor, luz, etc.).
- Essa liberação aparece como uma queda na energia potencial: vai de zero para um valor negativo.
Passo 4
Exemplo Lennard‐Jones para visualizar:
Para distâncias grandes (
que é negativo e decresce em módulo quando
diminui. Ou seja, à medida que os átomos vêm de longe para mais perto, esse termo atrativo
cresce em valor absoluto e
diminui.
Passo 5
Interpretação física simples:
- Começando de longe,
. - A força de atração entre os átomos faz com que, ao se aproximarem, parte da energia potencial seja transformada em outras formas (calor, vibração, etc.).
- Logo,
se torna negativo e vai diminuindo enquanto diminui – isso significa que o sistema fica mais “estável” energeticamente.
Resposta
A energia potencial diminui (fica negativa) quando os átomos se aproximam de uma distância grande porque as forças atrativas entre eles realizam trabalho, liberando energia do sistema. Matematicamente, com
(atração), temos
, então
cai à medida que
diminui.