Come determinare i modi vibrazionali nelle molecole
I modi vibrazionali svolgono un ruolo essenziale nell’analisi delle proprietà molecolari, influenzando parametri come la temperatura del reticolo cristallino e le costanti elastiche. Queste vibrazioni sono cruciali per la spiegazione della conduzione termica ed elettrica, dell’espansione termica e della temperatura critica nei diagrammi di fase molecolare.
La quantità di modi vibrazionali possibili in una molecola dipende dalla sua geometria e dal numero di atomi costituenti. Ogni vibrazione ha frequenze specifiche associate che sono quantizzate nella meccanica quantistica. Questo significa che gli atomi possono oscillare solo a determinate frequenze ben definite, contrassegnate da numeri quantici.
Le energie dei fotoni correlati agli stati vibrazionali si collocano nella regione infrarossa dello spettro elettromagnetico, mentre per gli stati rotazionali puri, le energie dei fotoni si trovano nella regione delle microonde. La dipendenza delle proprietà rotazionali dalla geometria molecolare porta a ogni stato vibrazionale associato a un proprio insieme di stati rotazionali.
Il concetto di grado di libertà, introdotto da Carl Friedrich Gauss, si riferisce al numero di variabili necessarie per descrivere completamente il moto di una particella. Ad esempio, un atomo in movimento nello spazio tridimensionale richiede tre coordinate, quindi ha un grado di libertà pari a tre.
Il numero di modi vibrazionali in una molecola dipende sia dal numero di atomi che dalla sua geometria molecolare, determinata tramite la teoria VSEPR. Le molecole lineari hanno un numero di modi vibrazionali pari a 3N-5, mentre le molecole non lineari hanno un numero di modi vibrazionali pari a 3N-6.
Ad esempio, una molecola biatomica come H2 ha un solo modo vibrazionale, una molecola lineare triatomica come il biossido di carbonio ha quattro modi vibrazionali, mentre una molecola non lineare triatomica come l’acqua ha tre modi vibrazionali.
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