"Casi todas las moléculas que se encuentran en la vida diaria existen en un estado singulete, pero el oxígeno molecular es una excepción".
“La configuración electrónica inusual evita que el oxígeno molecular reaccione directamente con muchas otras moléculas, que a menudo se encuentran en estado singulete. Sin embargo, el oxígeno triplete reaccionará fácilmente con moléculas en estado doble, como los radicales, para formar un nuevo radical. ''
Esta página wiki también es relevante. Aquí hay una imagen (que no puedo leer).
¿Cómo se calcula cuantitativamente esta propiedad de estado triplete y por qué es una característica tan excepcional?
¿Cómo se produce el estado triplete en el oxígeno? ¿No significan más electrones en la capa de electrones una factorización más complicada en las representaciones y, por lo tanto, estados aún más complicados?
¿Cómo afecta eso a las propiedades termodinámicas del elemento y dónde está la diferencia termodinámica (además de la energía diferente) con respecto al estado singulete? ¿Cómo se pueden entender las características de la reacción?
¿De dónde viene la diferencia de energía de los dos estados? Echando un vistazo a la tabla periódica de elementos, ha o ¿propiedades similares?
Por cierto. No me importan las matemáticas, pero probablemente necesitaría explicaciones para expresiones como .
Aquí se hacen muchas preguntas, pero intentaré responder algunas de ellas...
El oxígeno se encuentra en estado de triplete porque el estado de triplete es más estable. Esta es una función compleja de las propiedades de los átomos (p. ej., carga y separación entre átomos) y los electrones (p. ej., número de electrones presentes, posibles combinaciones de orbitales). Los orbitales moleculares dados en la página wiki muestran tres estados diferentes:
: El estado del triplete fundamental
: El estado singlete fundamental
: Un estado singlete excitado
Estos símbolos están bien explicados en Wikipedia . En resumen, un estado triplete tiene dos electrones con espines paralelos, por ejemplo, las dos flechas rojas que apuntan "hacia arriba" en el diagrama MO.
Si investigamos la energía de una molécula de oxígeno en función de la distancia entre los átomos de oxígeno, podemos descubrir cuáles de estos estados son más estables. Un ejemplo de esto se da aquí . Es evidente que el es más bajo que todos los demás estados, por lo que esperamos que el triplete de oxígeno sea el estado más estable.
Existen configuraciones electrónicas más complicadas , un ejemplo de esto lo da el estado. Podemos ver aquí que es incluso menos estable que el singlete molido ( ) oxígeno. Estas variaciones en los estados de energía surgen porque 'poner' electrones en diferentes orbitales con diferentes espines da una variada 'bondad de superposición' .
Se esperaría que las propiedades termodinámicas fueran sutilmente diferentes entre los estados electrónicos. Esto se debe a que la molécula tendría diferentes estados vibratorios que se 'traducirían' en diferentes termodinámicas a través de la mecánica estadística. No puedo encontrar una fuente que compare directamente tales propiedades.
Las características de la reacción son, por supuesto, muy diferentes. Por ejemplo, el oxígeno triplete se disolverá felizmente en agua, pero el singlete reaccionará con él. El oxígeno singlete se usa a menudo cuando se quiere 'atacar' los dobles enlaces. Una explicación de por qué este es el caso es muy compleja, pero en resumen, se debe al estado cuántico del oxígeno en comparación con los estados de la mayoría de las moléculas con las que intenta reaccionar.
gigacian