Energiei de Disociere A

5/10/2018 Energiei de Disociere A - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/energiei-de-disociere-a 1/4

DETERMINAREA ENERGIEI DE DISOCIERE AMOLECULELOR DE BROM ŞI IOD

Energia de disociere a unei molecule diatomice, notată D, reprezintă energia necesară ruperii

legăturii chimice între cei doi atomi. În unele cazuri energia de disociere se poate determina dinspectrul de absorbţie electronic în stare gazoasă, ceea ce va face obiectul acestei lucrări.

Cuantificarea energiei moleculare.Energia moleculelor este

cuantificată, ca şi cea a atomilor. Prinabsorbţia cuantelor din domeniul vizibil sauultraviolet, moleculele suferă tranziţii dinstarea electronică fundamentală într-o stareexcitată. În moleculă, însă, în afară deelectroni, şi atomii se pot deplasa unii faţăde alţii, molecula efectuând mişcări devibraţie sau molecula în ansamblul ei poateefectua o mişcare de rotaţie. Modificărilor în starea de vibraţie sau rotaţie a moleculeile corespunde o modificare a energiei ei.Astfel, energia totală a moleculei se poatescrie ca o sumă a energiilor electronică, devibraţie şi de rotaţie.

E=Ee+Ev+Er (1)

Ca şi energia electronică, energia devibraţie şi cea de rotaţie sunt cuantificate,adică nu pot lua orice valoare, ci existănivele discrete de vibraţie şi rotaţie,

caracterizate de numere cuantice, notate nv şi, respectiv, nr . Molecula poate suferi tranziţii între douănivele de vibraţie sau rotaţie numai dacă absoarbe sau emite energie radiantă (radiaţieelectromagnetică). Stările de vibraţie sau rotaţie de energia cea mai joasă (nv=0, nr =0) se numesc stărifundamentale, cele de energie superioară (nv>0, nr >0) stări excitate. Pentru a efectua o tranziţie întredouă nivele electronice este nevoie de o energie mai mare decât pentru a promova molecula într-ostare excitată de vibraţie. De asemeni, este necesară o energie mai mare pentru ca atomii să efectueze o

mişcare de vibraţie decât molecula o mişcare de rotaţie, astfel încât există relaţia:

Ee>Ev>Er (2)

Din acest motiv, fiecărui nivel energetic electronic îi corespund mai multe nivele de vibraţie,iar fiecărui nivel de vibraţie îi corespund mai multe nivele de rotaţie, astfel că o tranziţie electronicăeste însoţită de o multitudine de tranziţii, între diferite nivele de vibraţie şi rotaţie, spectrul deabsorbţie căpătând în acest fel un caracter de bandă (Fig. 1a).

Curba Morse.Asimilând molecula diatomică cu un oscilator anarmonic, dependenţa energiei potenţiale de

distanţa internucleară poate fi reprezentată printr-o curbă Morse (Fig.1b). Semnificaţia acestui modeleste aceea că cei doi atomi din moleculă se comportă ca două bile legate printr-un resort cvasielastic,care se deformează atunci când abaterea de la lungimea de echilibru creşte. Distanţa r 0 corespunzătoare

X + X*

Fig. 1 a. Spectrul de absorbţie al moleculei X2.

b. Tranziţiile între două stări electronice.



minimului de energie corespunde unei configuraţii de echilibru pentru starea fundamentală. Dacădistanţa dintre atomi se micşorează (r <r 0), energia creşte datorită respingerii celor două nuclee. Dacădistanţa interatomică creşte (r >r 0), energia potenţială creşte asimptotic datorită respingerii norilor electronici ai celor doi atomi, până la o valoare limită corespunzătoare ruperii legăturii, când cei doiatomi pot fi consideraţi izolaţi, iar energia sistemului nu mai variază. După cum se observă în figura1b, creşterea energiei potenţiale a moleculei înseamnă trecerea ei pe nivele vibraţionale superioare ale

stării electronice fundamentale (nivelele de rotaţie nu au fost reprezentate). Nivelele vibraţionale nusunt echidistante şi odată cu creşterea numărului cuantic de vibraţie devin din ce în ce mai apropiate; pentru nivelul de vibraţie corespunzător asimptotei, forţa cvasielastică ce aduce atomii în poziţia deechilibru nu mai este capabilă sa păstreze atomii legaţi (r → ∞) şi molecula disociază în doi atomi (X +X).

Diferenţa de energie între energia corespunzătoare asimptotei şi energia configuraţiei deechilibru este numită energie de disociere electronică, De. Această energie nu poate fi măsuratădirect, deoarece moleculele posedă o energie vibraţională chiar şi pe cel mai coborât nivelcorespunzător numărului cuantic de vibraţie egal cu zero (nv=0), anume energia de nul.

Diferenţa dintre energia corespunzătoare atomilor separaţi şi energia celui mai coborât nivelvibraţional este numită energie de disociere spectroscopică, D. Această mărime poate fi măsurată

prin metoda spectrală din spectrele electronice de absorbţie.Energia potenţială corespunzătoare unei stări electronice excitate poate fi descrisă de o altă

curbă Morse. Aceasta prezintă un minim corespunzător stării de echilibru în stare excitată, la distanţainteratomică r 0*, iar valoarea energiei când distanţa dintre atomi tinde la infinit corespunde celor doiatomi disociaţi, dintre care unul din ei se află într-o stare excitată (X + X*).

Determinarea spectrală a energiei de disociere.Tranziţiile electronice între cele două stări au loc conform principiului Frank-Condon:

datorită diferenţei între masa nucleelor şi masa electronului se consideră că în timpul extrem de scurtal tranziţiei electronului (10-8 s) poziţiile nucleelor nu se modifică, deci distanţa internucleară semenţine constantă. Cu alte cuvinte tranziţiile au loc pe verticală (Fig. 1b).

Determinarea pe cale spectrală a energiei de disociere este posibilă pentru acele moleculediatomice pentru care sunt îndeplinite două condiţii:

• minimul curbei Morse corespunzătoare stării excitate este deplasat spre dreapta faţă de cel alstării fundamentale, adică distanţa internucleară de echilibru în stare excitată este mai maredecât cea în stare fundamentală, r 0*

>r 0.• excitarea moleculelor de la nivelul cu nv=0 al stării fundamentale la starea excitată electronic se

face cu respectarea principiului Frank-Condon.Îndeplinirea acestor două condiţii este reflectată în aspectul general al spectrului de absorbţie al

moleculei: partea discretă a spectrului converge spre o anumită lungime de undă, de unde începe ozonă continuă. Această lungime de undă este numită limita de convergenţă a spectrului şi corespunde

energiei tranziţiei de la starea fundamentală şi nv=0, pe nivelul de vibraţie al stării excitatecorespunzător asimptotei, deci starii disociate X+X* (Elim în Fig. 1b).

După cum se poate observa din schema din Fig.1b această energie este egală cu suma dintreenergia de disociere a stării fundamentale, D, şi energia de excitare a atomului X, Eex:

Elim = D + Eex (3)

Astfel, determinând Elim pentru moleculele de brom şi iod şi cunoscând Eex pentru atomii de brom şi iod, se obţine prin diferenţă energia de disociere a moleculelor.

Experimental se va măsura lungimea de undă corespunzătoare punctului de convergenţă alspectrului de absorbţie, cu ajutorul stiloscopului.



Mod de lucru

Spectrul de absorbţie al moleculelor de brom şi iod se observă la Stiloscopul SP2 prin iradiereaunor fiole în care se găseşte brom, respectiv iod cu lumina provenită de la un bec cu filamentincandescent. Iodul fiind solid la temperatura camerei, pentru obţinerea vaporilor necesari observăriispectrului, fiola cu iod se va încălzi pe o plită electrică.

ATENŢIE ! Încălzirea din greşeală a fiolei de brom poate conduce la accidente: datorităpresiunii mari de vapori create, fiola poate exploda împrăştiind vapori toxici de brom.

1. Se observă spectrul de absorbţie al bromului şi iodului notând diviziuneacorespunzătoare limitei de convergenţă a spectrului. Observarea vizuală fiind afectată deerori, se va repeta determinarea de cel puţin cinci ori şi se va lua o medie a măsurătorilor.2. Se va utiliza curba de etalonare a stiloscopului sau interpolarea prin calcul

pentru determinarea lungimii de undă corespunzătoare limitei de convergenţă a spectruluiλ lim.3. Se calculează energia corespunzătoare Elim pentru un mol de substanţă:

Elim = A

lim

Nhc ⋅λ

(Kcal/mol)

4. Se calculează energia de disociere utilizând relaţia (3). Se dă energia deexcitare a bromului şi iodului:

Eex(Br) = 10,4 Kcal/mol; Eex(I) = 21 Kcal/mol;

h = 6,626⋅ 10-34 J⋅ s

c = 3⋅ 108

m⋅ s-1

1 cal = 4,18 J1 Å = 10-10 m

Întrebări şi exerciţii

1. Explicaţi de ce spectrul de absorbţie al unui atom este un spectru de linii, în vreme ce spectrulde absorbţie al moleculelor este un spectru de benzi.

2. În figura de mai jos este reprezentată schematic suprafaţa de energie potenţială (curba Morse)

în cazul stării fundamentale a moleculei de hidrogen. Nivelele vibraţionale nu au fost reprezentate. Săse specifice fenomenele care au loc în fiecare din situaţiile notate 1, 2, 3, 4 şi să se explice poziţia lor

pe curba Morse. Să se indice valorile energiei de disociere şi a distanţei de echilibru în starefundamentală, in kcal/mol si, respectiv, Å.

Energiei de Disociere A

Documents

Transcript of Energiei de Disociere A