Regras de Seleção Rotacional - Exercícios - Espectroscopia, Notas de estudo de Física. Universidade Federal da Bahia (UFBA)
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A_Santos8 de Março de 2013

Regras de Seleção Rotacional - Exercícios - Espectroscopia, Notas de estudo de Física. Universidade Federal da Bahia (UFBA)

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Apostilas e exercicios de Física da Universidade Federal Fluminense, sobre o estudo das Regras de Seleção Rotacional.
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Espectroscopia – Lista 3 de Exercícios Regras de Seleção Rotacional 1. Quais das seguintes moléculas irão absorver ou emitir luz, por conta das transições de energia rotacional? a. Metano, CH4 b. Cloreto de Hidrogênio, HCl c. Água d. Dióxido de Carbono, CO2 e. Acetileno, C2H2 f. Cianeto de Hidrogênio, HCN g. Benzeno, C6H6 2. Quais das seguintes moléculas devem apresentar espectro puramente rotacional? a) Deutério, (D é 2H) b) Monóxido de Carbono, CO c) Cis – 1,2- dicloroetileno d) Trans – 1,2 –dicloroetileno e) Clorofórmio, CHCl3 f) Buckminsterfultereno, C60 g) Dimetiltriacetileno h) Cianotetracetileno i) Óxido Nítrico, NO J) Dióxido de nitrogênio, NO2 3. Temos a seguir conjuntos de números quânticos rotacionais (J, MJ,K). Denomine cada transição indicada como permitida ou proibida. (Dica: lembre-se das regras para valores permitidos dos vários números quânticos.) a) (0,0,0)→ (1,1,0) b) (0,0,0) → (-1,0,0) c) (3,2,1) → (3,1,1) d) (4,4,1) → (2,4,1) e) (5,4,0) → (3,6,0) f) (8,2,2) → ( 9,2,2) g) (7,4,2) → (7,4,2) h) (4,2,5) → (3,2,5) 4. Algumas linhas do espectro rotacional do HCl aparecem a 83,03; 104,1; 124,3; 145,0; e 165,5 cm-1. A primeira linha é a transição J=3 → J=4, igual a 8B. Determine o valor médio para B a partir esses dados e calcule o comprimento da ligação do HCl (o que dá uma boa idéia do tamanho da molécula). Assuma que esses dados são para 1H e 35Cl. Será necessário converter as unidades de B de cm-1 para J, para que as unidades funcionem de maneira apropriada. E 5. O NO tem uma ligação com comprimento de 1,151A0. Deduza a posição das primeiras quatro linhas do espectro puramente rotacional do NO, em unidades GFz. 6. Encontre a energia da transição J=10 → J=11 para o HCl em dois casos: assuma um comportamento de rotor puramente rígido e, então inclua a constante de distorção centrífuga. Use os valores para B e Dj. Espectroscopia Rotacional 1. Algumas das linhas do espectro rotacional do HCl aparecem a 83,03; 104,1; 124,3; 145,0 2 165,5 cm-1. A primeira linha é a transição J = 3 → J= 4, igual a 8B. Determine o valor médio para B a partir desses dados e calcule o comprimento da ligação do HCl ( o que da uma boa idéia do tamanho da molécula). Assuma que esses dados são para 1H e 35Cl. Será necessário converter as unidades de B de cm-1para J, para que as unidades funcionem de maneira apropriada. 2. O NO tem uma ligação com comprimento de 1,51 A0. Deduza a posição das primeiras quatro linhas do espectro puramente rotacional do NO, em unidades GHz. 3. Tendo usado um espectrômetro para medir um espectro rotacional simples, você desenhou um gráfico em número de onda, cm-1. Como você espera que o espectro se pareça? Converta as energias de absorção em unidades de comprimento de onda e refaça o gráfico. As absorções são igualmente espaçadas? Sim ou não? Por quê? 4. O espectro rotacional do 127I35Cl consiste igualmente de linhas espaçadas em 0,114 cm-1. Calcule a distância de ligação no nmonocloreto de iodo. 5. O hidreto de lítio, 7Li1H, é um combustível em potencial para reatores de fusão,porque é um dos poucos compostos de elementos muito pequenos que existe como um sólido e, assim, é mais denso que combustíveis gasosos, mesmo sob condições

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extremas. O LiH na fase gasosa tem um espectro puramente rotacional consistindo de linha espaçadas em 15,026 cm-1. Calcule a distância de ligação no LiH. 6. Determine as primeiras quatro absorções no espectro puramente rotacional do LiH em unidades de GHz. 7. Determine o nível rotacional mais povoado, Jmaxi para uma amostra de LiH. a) 298K; b) 1000K; c) 5000K 8. Dado um espectro puramente rotacional da molécula diatômica radical do HS (r ≈ 1,40 A0), nota-se que a absorção mais intensa está associada à transição J= 8 → J =9. Estime a temperatura da amostra. 9. Uma amostra na fase gasosa é submetida a um campo elétrico, e seu espectro rotacional de efeito Stark é medido. Quantas linhas individuais serão detectadas para as seguintes transições. 10. A partir dos dados da tabela abaixo preveja B para DCl (D é 2H). Distorções Centrífugas 1. Encontre a energia da transição J = 10 → J =11 para o HCl em dois casos: Assuma um comportamento de rotor puramente rígido e, inclua a constante de distorção centrífuga. Use os valores de B e DJ da tabela abaixo. Compare os dois resultados. 1. Um conhecido faz uma observação de que um espectro rotacional do I2, que mostra a transição J = 200 → J = 201, é previsto com muita proximidade pelas equações do rotor rígido da mecânica quântica. Dê suas razões pelas quais Você deveria questionar a validade dessa afirmação. 2. Considere os valores na tabela abaixo e observe a magnitude das tendências de B e D versus a massa atômica. A tendência faz sentido? 3. Usando o valor de ν = 4320 cm-1 para o hidrogênio diatômico e o valor de B na tabela abaixo para o H2, aproxime DJ e compare- o a seus valores dados na tabela.

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