vibraciones moleculares
Una vibración molecular es un movimiento periódico de los átomos de una molécula entre sí, de modo que el centro de masa de la molécula permanece sin cambios. Las frecuencias vibratorias típicas van desde menos de 10 13 Hz hasta aproximadamente 10 14 Hz, correspondientes a números de onda de aproximadamente 300 a 3000 cm - 1 y longitudes de onda de aproximadamente 30 a 3 µm.
Las vibraciones de las moléculas poliatómicas se describen en términos de modos normales , que son independientes entre sí, pero cada modo normal implica vibraciones simultáneas de diferentes partes de la molécula. En general, una molécula no lineal con N átomos tiene 3 N – 6 modos normales de vibración , pero una molécula lineal tiene 3 N – 5 modos, porque no se puede observar la rotación alrededor del eje molecular. [1] Una molécula diatómica tiene un modo normal de vibración, ya que solo puede estirar o comprimir el enlace simple.
Una vibración molecular se excita cuando la molécula absorbe energía, ΔE , correspondiente a la frecuencia de la vibración, ν , según la relación ΔE = hν , donde h es la constante de Planck . Se evoca una vibración fundamental cuando la molécula en su estado fundamental absorbe uno de esos cuantos de energía . Cuando se absorben múltiples cuantos, se excitan los primeros armónicos y posiblemente los más altos .
En una primera aproximación, el movimiento en una vibración normal puede describirse como una especie de movimiento armónico simple . En esta aproximación, la energía vibratoria es una función cuadrática (parábola) con respecto a los desplazamientos atómicos y el primer sobretono tiene el doble de frecuencia que el fundamental. En realidad, las vibraciones son anarmónicas y el primer sobretono tiene una frecuencia ligeramente inferior al doble de la fundamental. La excitación de los armónicos más altos involucra progresivamente menos y menos energía adicional y finalmente conduce a la disociación de la molécula, porque la energía potencial de la molécula es más como un potencial Morse o, más exactamente, un potencial Morse/de largo alcance .
Los estados vibratorios de una molécula se pueden sondear de varias maneras. La forma más directa es a través de la espectroscopia infrarroja , ya que las transiciones vibratorias suelen requerir una cantidad de energía que corresponde a la región infrarroja del espectro. La espectroscopia Raman , que generalmente usa luz visible, también se puede usar para medir las frecuencias de vibración directamente. Las dos técnicas son complementarias y la comparación entre las dos puede proporcionar información estructural útil, como en el caso de la regla de exclusión mutua para moléculas centrosimétricas .
La excitación vibratoria puede ocurrir junto con la excitación electrónica en la región ultravioleta-visible . La excitación combinada se conoce como transición vibrónica , dando una estructura vibratoria fina a las transiciones electrónicas , particularmente para moléculas en estado gaseoso .
