Química Física: ¿Qué es la vibración molecular?

Un enlace químico se aproxima muy comúnmente como un resorte de extremo libre en la mecánica cuántica.
Esta afirmación significa que un enlace químico es teóricamente un resorte, que es la imagen más fácil del enlace químico. Para un oscilador normal, el movimiento se describe mejor por la ecuación
[matemáticas] F = kx [/ matemáticas]
donde [math] k [/ math] es la constante de resorte para el resorte. Esta constante se reemplaza por lo que se llama la constante de Fuerza del enlace. Por lo tanto, la ecuación es cierta. Pero, curiosamente, estas oscilaciones se limitan a una región específica en espacio que es similar al de la distribución probabilística del último orbital molecular en la molécula. Por lo tanto, estas ondas resuenan y dan lugar a armónicos cuyas longitudes de onda se pueden describir como:
[matemática] n λ = 2L [/ matemática] donde L es la longitud del enlace y λ es la longitud de onda de la oscilación del enlace. Esta enésima oscilación da lugar a energías del oscilador. Pero calcularlo no es tan simple ya que implica muchos cálculos que, francamente, soy demasiado vago para realizar aquí. Pero dejémoslo así. Ahora, gráficamente, el vínculo oscila de la siguiente manera:
como puede ver, la molécula vibra y se propaga en una dirección y eventualmente pierde energía para equilibrarse. Este ciclo continúa y, por lo tanto, la vibración de las moléculas se clasifica como un “oscilador armónico”.
Espero poder hacer que subestimes el concepto básico detrás de esto, ya que es un poco difícil hacerlo sin usar funciones propias y cálculos y relaciones de recursión que son predominantes a lo largo de la derivación de la función de onda exacta para tales MO.
😀

Si sabes qué son las moléculas y qué es la vibración, el resto se explica un poco.

Si desea una respuesta sobre las cantidades físicas en el contexto de las vibraciones atómicas / moleculares y cómo las fases son diferentes con respecto a ellas, ¡solo tiene que preguntar!

EDITAR:

Sólido

Por sólidos quiero decir que estos son un conjunto enorme (en la escala atómica) de átomos / moléculas a los que podrías aplicar presión y no comprimirlos o expandirlos mucho.

Dado que tenemos una imagen de átomos conectados en un sólido entre sí como una red con nubes de electrones que los unen, tratar a los átomos como masas puntuales clásicas en el complicado campo de fuerza generado por las nubes de densidad que forman enlaces sería una descripción sorprendentemente buena. Podrías imaginar vibraciones, o fonones, propagándose a través de esta red conectada de átomos y no muy lejos de cómo los trato en mi propia tesis sobre el transporte térmico a nanoescala. La razón por la que estas vibraciones sólidas también se llaman fonones es porque podría formularlas como objetos matemáticos que se comportan como partículas bosónicas
(partículas solo por la prescripción del formalismo utilizado para describirlas matemáticamente). Los enlaces electrónicos son un fenómeno cuántico, como dice el enlace de wikipedia anterior, y pueden involucrar una gran cantidad de poder computacional para calcular usando DFT y la bolsa de trucos que las personas han desarrollado en los últimos 40 años.

Por supuesto, las vibraciones atómicas dependerán del entorno electrónico en el que se encuentran los átomos, la temperatura ambiente (que puede ser una cantidad matemática por prescripción, pero corresponde a nuestro uso intuitivo del término), campos eléctricos o magnéticos. Pero a medida que aumenta la temperatura y los átomos se calientan o se obtienen muestras progresivamente impuras, estos modos fonónicos se comportan menos como ondas (que son, en algunas descripciones) y más como un gas difuso.

Puede haber efectos muy geniales de estas vibraciones, por ejemplo, que se puede demostrar que producen superconductividad cuando una vibración fonónica hace que dos electrones se atraigan entre sí y formen un par de Cooper y produzcan superconductividad en una red regular. Nuevamente, este no es el único mecanismo para producir pares de Cooper, y la producción de pares de Cooper no es el único mecanismo por el cual se manifiesta la superconductividad, pero fue un buen ejemplo para referirse.

Como puede ver, he tratado de hacer una encuesta física y conceptual sin introducir imprecisiones y terminé sintiéndome inadecuado sobre mi incapacidad para explicar sobre un sistema en el que realmente trabajo.

Tratar con las fases abre una nueva lata de gusanos, especialmente cosas interesantes sobre las transiciones de fase y las interesantes matemáticas que la acompañan.

Comentarios, Discusiones y Nitpicking bienvenidos!

Las vibraciones moleculares son movimientos de uno de los átomos de la molécula con respecto a los demás. Las vibraciones más simples son aumentos y disminuciones en la longitud de un enlace sencillo. Para visualizar esto, imagine el enlace como un resorte y la vibración molecular como un simple movimiento armónico del resorte.

Hay movimientos internos más complejos en las moléculas, que incluyen vibraciones simultáneas de enlaces múltiples y rotaciones de átomos individuales y grupos de átomos alrededor de varios ejes. Este video muestra muchos modos de vibración y rotación en una sola molécula bastante simple, etanol (C2OH6).

Mire a su alrededor: hay muchas respuestas sobre el tema.

¿Qué causa que las moléculas tengan estados de vibración? ¿Y qué sucede con los electrones en un enlace cuando una molécula vibra?