Enunciado

A energia vibracional de ponto zero para o Ha é 0,265 eV. Compare os níveis de energia vibracional do H2, D2 e HD, numericamente para os estados mais baixos.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de física quântica?!

Passo 2

A diferençad e energia entre os níveis baixos de vibração é:

Δ E ν = h ν 0 = h 1 2 π C μ

Aqui, h é a constante de Planck e ν 0 é a frequência de vibração do ponto zero, expresso em termos da massa reduzida da molécula e a constante de força.

Cada uma das moléculas H 2 , D 2 e H D são compostos de isótopos de hidrogênio, tem a mesma constante de força mas diferentes massas reduzidas. A massa reduzida de D 2 e H D em termos da massa reduzida de H 2 são:

μ D 2 = 2 μ H 2

μ H D = 3 4 μ H 2

Inserindo as massas reduzidas em cada moléculas em termos da massa reduzida de H 2 nas energias de transição:

Δ E ν ,   D 2 = h 1 2 π C μ D 2 = h 1 2 π C 2 μ H 2

Δ E ν ,   H D = h 1 2 π C μ H D = h 1 2 π C 2 μ H D

Tirando os fatores numéricos para expressar a energia vibracional de cada molécula em termos da frequência de ponto zero de H 2

Δ E ν ,   D 2 = 1 2 h 1 2 π C μ H 2 = 1 2 h ν H 2

Δ E ν ,   H D = 1 2 h 1 2 π C μ H D = 3 4 h ν H D

Passo 3

A energia de ponto zero é a energia vibracional quando ν é zero, qu é dada como 0,265   e V para H 2

δ H 2 = E 0 ,   H 2 = 0 + 1 2 h ν H 2 = 0,265   e V

Em termos da energia vibracional do ponto zero de H 2 , as energias de transição de D 2 e H D são então:

Δ E ν ,   D 2 = 2 2 1 2 h ν H 2 = 2 1 2 h ν H 2

Δ E ν ,   H D = 2 3 4 1 2 h ν H 2 = 3 1 2 h ν H 2

Inserindo a energia de ponto zero de H 2 e calculando as energias de transição de D 2 e H D

Δ E ν ,   D 2 = 2 0,265   e V = 0,375   e V

Δ E ν ,   H D = 3 0,265   e V = 0,459   e V

Passo 4

Então a vibração de nível baixo ν de cada molécula vai ter a mesma energia:

E ν ,   H 2 = ν + 1 2 0,265   e V

E ν ,   D 2 = ν + 1 2 0 , 375   e V

E ν ,   H D = ν + 1 2 0 , 459   e V

Então a diferença de energia Δ E ν ,   H 2 < Δ E ν ,   D 2 < Δ E ν ,   H D

Δ E ν ,   H 2 = 0,265   e V

Δ E ν ,   D 2 = 0,375   e V

Δ E ν ,   H D = 0,460   e V

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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