Métodos Espectroscópicos Exercícios

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – CCET - UFRN

MÉTODSO ESPECTROSCÓPICOS

LISTA DE EXERCÍCIOS 02

1. Como você determina o número de microestados para as diversas configurações eletrônicas? Apresente dois exemplos para ilustrar sua resposta.

Através da fórmula:

[pic 1]

 o dobro do número de orbitais do subnível[pic 2]

número de elétrons do subnível[pic 3]

1. Todos esses microestados realmente existem nos átomos? Justifique sua resposta.

Sim, todos esses microestados realmente existem nos átomos, pois nenhum desses microestados contraria o princípio da exclusão de Pauli. Isto é, em nenhum dos 15 arranjos dois elétrons possuem os quatro números quânticos iguais.

1. Determine os estados espectroscópicos do silício.

, Logo para configurações , há 15 microestados possíveis:[pic 4][pic 5]

                                                 ml    1         0       -1

[pic 6]

[pic 7]

        Valores possíveis de L:

[pic 8]

        Valores possíveis de S:

[pic 9]

        Maior valor do par S e L:

        S=1, L=1  3P. Número de microestados:[pic 10]

[pic 11]

        Próximo maior valor do par S e L:

        S=0, L=2  1D Número de microestados:[pic 12]

[pic 13]

Restando o último microestado

S=0, L=0  1S. Número de microestados: 
[pic 14][pic 15]

Portanto os estados espectroscópicos do silício são: 3P, 1D, 1S

1. Construa o diagrama de energias dos termos espectroscópicos referentes ao silício.

Aplicando a regra de Hund para saber os termos espectroscópicos de menor energia:

• Maior multiplicidade implica em menor energia, logo 3P é o de menor energia.
• Como a multiplicidade dos termos 1D e 1S são iguais, o que tem maior valor de L é o que tem menor energia, logo 1D tem menor energia que 1S.
•  3P apresenta três valores possíveis para o valor de acoplamento spin-orbita. Sendo que o de menor energia é o de menor valor de J.

Assim podemos fazer o diagrama:[pic 16]

[pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]

[pic 22][pic 23][pic 24]

[pic 25][pic 26][pic 27]

[pic 28][pic 29][pic 30]

[pic 31][pic 32][pic 33][pic 34][pic 35][pic 36]

[pic 37][pic 38]

1. Qual o significado de cada símbolo escrito na definição de um termo espectroscópico completo (númeroletranúmero).

Corresponde a (2S+1)Lj

Em que:

•  Multiplicidade, em que S = Momento angular de spin atômico[pic 39]
•  Momento angular orbital atômico, representado por um símbolo (letra)[pic 40]
•  Momento angular total atômico.[pic 41]

1. Qual a razão para que a energia do estado 3P do Cr4+ seja maior do que a do estado 3P do Ti2+?

Cr4+  por ter maior estado de oxidação que o Ti2+, ocorre uma maior atração eletroestátitica entre o núcleo e o elétron a ser excitado. Consequentemente, a energia necessária para excitar esse elétron será maior do que para o Ti2+

1. O que ocorre com os estados S, P, D e F de íons metálicos em complexos octaédricos?

O orbital s é simetricamente esférico e por isso não é afetado diante de um campo octaédrico (consequentemente o estado S também não é afetado). Os três orbitais p são igualmente afetadas por um campo octaédrico, portanto suas energias continuam iguais entre si e assim não há desdobramento (logo o estado P também não é afetado). Em contraste, os orbitais d é desdobrado por um campo octaédrico em dois níveis:  e .No caso de um íon com configuração d1, o estado fundamental é um estado 2D, e os estados energéticos  e  são e  (logo o estado D se desdobra em campo octaédrico). Por fim, um conjunto de orbitais f é desdobrado por um campo octaédrico em três níveis. No caso de um íon com uma configuração f’1, o termo espectroscópico associado ao estado fundamental é 3F, sendo que esse é desdobrado em um campo octaédrico gerando os estados ,  e . Logo o estado F se desdobra em campo octaédrico.[pic 42][pic 43][pic 44][pic 45][pic 46][pic 47][pic 48][pic 49][pic 50]

1. O que ocorre com esses mesmos estados em compostos de coordenação tetraédricos?

O orbital s é simetricamente esférico e por isso não é afetado diante de um campo tetraédrico (consequentemente o estado S também não é afetado). Os três orbitais p são igualmente afetadas por um campo tetraédrico, portanto suas energias continuam iguais entre si e assim não há desdobramento (logo o estado P também não é afetado). Em contraste, os orbitais d é desdobrado por um campo tetraédrico em dois níveis:  e .No caso de um íon com configuração d1, o estado fundamental é um estado 2D, e os estados energéticos  e  são e  (logo o estado D se desdobra em campo tetraédrico). Por fim, um conjunto de orbitais f é desdobrado por um campo tetraédrico em três níveis. No caso de um íon com uma configuração f’1, o termo espectroscópico associado ao estado fundamental é 3F, sendo que esse é desdobrado em um campo tetraédrico gerando os estados ,  e . Logo o estado F se desdobra em campo tetraédrico.[pic 51][pic 52][pic 53][pic 54][pic 55][pic 56][pic 57][pic 58][pic 59]

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