Se um elétron se move de um nível de energia de um átomo para outro nível * de energia mais afastado do núcleo do mesmo átomo, pode-se afirmar que:
Não há variação de energia.
Há emissão de energia.
Há absorção de energia.
Há variação no número de oxidação do átomo.
Há emissão de luz num determinado comprimento de onda.
Passo 1
O enunciado diz que um elétron passa de um nível de energia de um átomo para outro nível de energia mais afastado do núcleo. Ou seja, o elétron vai de um estado inicial para um estado final com maior energia. O enunciado apresenta cinco afirmações e pede que se identifique qual(is) é(são) verdadeira(s):
- Não há variação de energia.
- Há emissão de energia.
- Há absorção de energia.
- Há variação no número de oxidação do átomo.
- Há emissão de luz num determinado comprimento de onda.
Passo 2
Conceito fundamental (explicação didática e fórmula). Níveis de energia em átomos são quantizados: cada nível tem uma energia bem definida. Denotando
a energia inicial e
a energia final, definimos a variação de energia
Se o elétron vai para um nível mais afastado do núcleo, então esse nível tem energia maior, logo
Para que isso ocorra, a energia positiva
tem que ser fornecida ao elétron. Uma forma comum de fornecer essa energia é a absorção de um fóton cuja energia é
onde
é a constante de Planck e
a frequência da radiação. A conservação de energia exige
Passo 3
Exemplo concreto para fixar (hidrogênio, só para ver números). Para o átomo de hidrogênio os níveis tem energia aproximada
onde
. Se o elétron vai de
para
,
então
Isso mostra concretamente que é necessária uma energia de
— ou seja, houve variação de energia e essa energia foi absorvida pelo átomo.
Passo 4
Análise da afirmação “Não há variação de energia.” Como vimos
quando o elétron sobe de nível, a afirmação é falsa. Sempre há variação de energia nesse processo.
Passo 5
Análise da afirmação “Há emissão de energia.” Emissão de energia (por exemplo, emissão de fóton) ocorre quando um elétron cai de um nível mais alto para um mais baixo: então o átomo libera energia. No movimento para um nível mais afastado (subida), o átomo precisa receber energia, não emitir. Portanto a afirmação “Há emissão de energia” é falsa para o processo descrito.
Passo 6
Análise da afirmação “Há absorção de energia.” Como mostrado nos passos anteriores, para que o elétron alcance um nível de energia mais alto é necessária energia
, tipicamente absorvida na forma de um fóton com
ou por colisão com outra partícula. Logo a afirmação é verdadeira: há absorção de energia.
Passo 7
Análise da afirmação “Há variação no número de oxidação do átomo.” Número de oxidação mede ganho/perda efetiva de elétrons em ligações químicas (ou perda real de elétrons para formar íons). A simples excitação eletrônica interna (o elétron permanece ligado ao mesmo átomo, só muda de orbital) não altera a contagem de elétrons do átomo nem seu estado de oxidação. Portanto essa afirmação é falsa.
Passo 8
Análise da afirmação “Há emissão de luz num determinado comprimento de onda.” Atenção ao sentido: o salto para um nível mais afastado corresponde à absorção de energia — portanto, se houver interação com luz, o átomo absorverá fótons em um comprimento de onda bem definido (
tal que
). Emissão de luz em um comprimento de onda definido ocorre quando o elétron posteriormente cai para um nível mais baixo. Assim, para o movimento descrito (subida), não ocorre emissão de luz; ocorre absorção de luz em comprimento de onda característico. Logo a afirmação (que fala em emissão) é, no contexto do salto para fora, falsa (mesmo que emissão possa acontecer depois, na queda).
Passo 9
Resumo final do raciocínio: ao subir de nível o elétron exige energia (
), essa energia é absorvida (por fóton ou colisão); não há emissão nessa subida; o número de oxidação não muda; emissão de luz só ocorreria na descida subsequente.
Resposta
Há absorção de energia.