Exemplo resolvido: interpretação de curvas de energia potencial de moléculas diatômicas

RKA21MC - Olá, meu amigo(a), tudo bem com você? Seja muito bem-vindo(a) a mais um vídeo da Khan Academy Brasil. Neste vídeo, vamos resolver um exemplo sobre a interpretação das curvas de energia potencial de uma molécula diatômica. Em um vídeo anterior, começamos a pensar sobre a energia potencial como uma função da distância internuclear para as moléculas diatômicas. Mas o que eu quero dizer com moléculas diatômicas? Bem, nós observamos o hidrogênio molecular, ou H₂, não foi? O H₂ é uma molécula que tem apenas dois hidrogênios fazendo uma ligação covalente entre eles. Nas condições normais de temperatura e pressão, eles ficam naturalmente separados por uma distância entre os núcleos, que é onde temos a energia potencial mais baixa. Aí, se você comprimir os dois, ou seja, diminuir a distância entre eles, você acaba adicionando mais energia potencial ao sistema e com isso a energia potencial aumenta. De forma parecida, se você tentar separar os dois você também vai adicionar mais energia potencial ao sistema. E com isso a energia potencial vai aumentar. O que eu quero fazer aqui neste vídeo é trabalhar em um pequeno exemplo sobre isso que conversamos. Aqui eu tenho um gráfico entre energia potencial distância internuclear, onde eu coloquei três energias potenciais. Nesse gráfico, uma dessas energias representa o hidrogênio molecular, outra representa o nitrogênio molecular, ou nitrogênio diatômico, e outra representa o oxigênio diatômico. O que eu quero que você faça aqui é o olhar para esse gráfico e pensar sobre qual energia representa as moléculas diatômicas que eu falei, então pause o vídeo e pense nisso. E aí, fez? Não? Então deixa eu lhe dar uma pequena dica. Observe o ponto mais baixo da energia potencial. O ponto mais baixo da energia potencial corresponde ao ponto nas condições normais de temperatura e pressão em que você veria os dois átomos em um ponto de equilíbrio, um ponto que corresponde a uma distância internuclear para a molécula diatômica, e essa distância bem aqui vai ser uma função dessas duas coisas, vai ser uma função de quão pequenos os átomos realmente são, o quão pequenos são seus raios. Sendo assim, em geral os átomos menores ficarão estáveis com uma a distância internuclear pequena, porém outra coisa a pensar aqui é a ordem da ligação entre esses átomos, e eu vou lhe dar uma pequena dica: o hidrogênio diatômico tem apenas uma única ligação covalente, já para o nitrogênio diatômico temos uma ligação tripla, e para o oxigênio o diatômico temos uma ligação dupla. Portanto, quanto mais alto for o vínculo da ligação, mais próximos os dois átomos estarão. Com isso teremos uma energia de ligação maior, e consequentemente maior será a energia necessária para separar os átomos. Lembre-se, nós conversamos sobre isso no vídeo anterior. Aqui temos a energia de ligação, então, dito isso, pause o vídeo e tente descobrir qual dessas curvas representa o H₂, qual representa o N₂ e qual representa o O₂. Eu espero você aqui, vá lá. Bem, vamos pensar aqui primeiro em termos da ordem de ligação, ok? Se você olhar para isso, a ligação simples, a ligação dupla e a ligação tripla aqui, você espera que o vínculo de ordem mais alta esteja aqui porque temos de maior energia de ligação, certo? Nesse caso a maior energia de ligação seria isso aqui com essa cor salmão. Baseando-se nessa ideia, eu diria que essa curva é um bom candidato para o N₂, então isso aqui parece ser um nitrogênio diatômico. Agora, a próxima energia mais alta, se você olhar com atenção, parece ser esse roxo bem aqui, então apenas com base na ordem de ligação, eu diria que esse aqui é um bom candidato para o O₂. A energia de ligação mais baixa é essa aqui mesmo, sendo assim, apenas com base na ordem de ligação, aqui temos uma única ligação covalente, então isso parece ser um bom candidato a ser o hidrogênio diatômico. Isso tudo é muito bom, mas também não podemos deixar de pensar sobre os raios desses átomos. Se a gente observar em uma tabela periódica dos elementos, podemos ver que o hidrogênio só tem um elétron nessa primeira camada, então ele será o menor de todos. Isso faz sentido aqui, essa é a distância onde temos uma energia potencial mais baixa, que corresponde à menor distância entre essas moléculas diatômicas. Até aí, tranquilo. Porém quando você olha para essas outras duas moléculas, algo interessante acontece. Lembre-se, o raio do átomo aumenta à medida que você desce uma coluna, mas conforme você vai para a direita em uma linha, o raio diminui, isso porque você está adicionando mais e mais elétrons para uma mesma camada. Com isso, as forças de Coulomb estão aumentando entre a camada mais externa e o núcleo. Se você apenas olhar para essa tendência, conforme você vai do nitrogênio para o oxigênio você realmente espera que o raio atômico fique um pouco menor, eles estão bem próximos um do outro. Sendo assim, você pode pensar o seguinte: Eles estão perto um do outro, ou seja, o oxigênio tem um elétron a mais na camada, sendo assim, talvez ele seja um pouco menor. Baseando-se apenas nisso, chegaríamos à conclusão de que a distância internuclear é menor para o oxigênio, e que essa curva de cor salmão representa o oxigênio pelo fato de ter uma distância menor na energia potencial mais baixa. E aí, essa outra que talvez seja o hidrogênio, porém como eles estão perto demais, em geral a ordem das ligações tende a superar as coisas. Sendo assim, para esse caso temos que a ordem de ligação maior é a do nitrogênio diatômico, ou seja, do N₂. Como o oxigênio e o nitrogênio estão muito próximos em termos de raio atômico, essa ordem de ligação faz toda a diferença. Então, temos aqui essa curva salmão sendo o nitrogênio molecular, e essa curva roxa sendo o oxigênio molecular. Enfim, meu amigo(a), eu espero que você tenha compreendido tudo direitinho o que conversamos aqui, e mais uma vez eu quero deixar para você um grande abraço e até a próxima!