Explique detalhadamente as mudanças de energia envolvidas na formação da molécula de
a partir dos átomos de hidrogênio.
Passo 1
Resumindo o enunciado: devemos explicar as mudanças de energia envolvidas na formação da molécula de
a partir de dois átomos de hidrogênio isolados. O conteúdo necessário inclui a teoria de interações coulômbicas (atração e repulsão) e a teoria de orbitais moleculares para entender como ocorre a estabilização do sistema.
Passo 2
Definimos o zero de energia como a soma das energias dos dois átomos de H separados a distância infinita. Nesse estado, não há interação entre eles, então
. A partir daí, toda variação de energia ao aproximar os átomos será medida em relação a esse referencial.
Passo 3
Ao diminuir a distância internuclear
, aparecem três tipos de interações coulômbicas:
- atração elétron–próton entre cada elétron de um átomo e o núcleo do outro (torna a energia mais negativa),
- repulsão núcleo–núcleo (torna a energia mais positiva),
- repulsão elétron–elétron (torna a energia mais positiva).
Para,\AA\ todas as interações são desprezíveis, mas à medida que diminui a atração elétron–próton domina inicialmente, provocando queda da energia potencial.
Passo 4
Quando
fica abaixo de certa distância, as repulsões núcleo–núcleo e elétron–elétron crescem muito rápido e fazem a energia subir. O ponto de equilíbrio
,\AA\ é onde se alcança o mínimo da curva de energia potencial
. A profundidade desse poço corresponde à energia de dissociação do enlace:
Passo 5
Na teoria de orbitais moleculares, cada átomo de H fornece um orbital atômico
. A combinação construtiva desses orbitais gera o orbital ligante
(mais estável) e a combinação destrutiva gera o orbital antiligante
(menos estável). Os dois elétrons ocupam o orbital
, o que resulta na estabilização líquida equivalente à energia de ligação de
.
Passo 6
Em termos de entalpia, a reação
é exotérmica, com
Isso significa que, ao formar a molécula de
, o sistema libera
por mol como calor para o meio.
Resposta
A formação de
envolve inicialmente a queda de energia potencial devido à atração elétron–próton, superando as repulsões até atingir o mínimo em
,\AA. A energia liberada nesse processo equivale à energia de dissociação
, caracterizando-o como claramente exotérmico.