¿Cómo vibran las moléculas de CO2?

Las moléculas que tienen solo dos átomos vibran simplemente al acercarse y luego separarse. Las moléculas con 3 o más átomos pueden vibrar en patrones más complejos. Una sola molécula puede vibrar de varias maneras; Cada uno de estos diferentes movimientos se denomina “modo” de vibración. Las moléculas de dióxido de carbono (CO2) tienen tres modos de vibración diferentes. En una molécula diatómica como O2, N2 o CO, los átomos individuales están unidos por una fuerza de unión molecular que funciona de manera muy similar a la constante de resorte k de un oscilador armónico lineal. Cuando están excitados, los dos núcleos vibrarán como dos masas conectadas por un resorte. Si bien las moléculas diatómicas reales no son osciladores armónicos perfectos, sus funciones de energía potencial se aproximan a las de un oscilador armónico para un cierto valor de separación internuclear. Aunque el dióxido de carbono es una molécula triatómica, se comporta como una molécula diatómica simple porque su estructura es lineal. Tal molécula triatómica lineal tiene tres modos normales de vibración, descritos como el modo de estiramiento asimétrico, el modo de flexión y el modo de estiramiento simétrico. Es más probable que las moléculas con modos de vibración más (¡y más complejos!) Interactúen con las ondas de radiación electromagnética que pasan. Es por eso que el dióxido de carbono absorbe y emite radiación infrarroja (IR), mientras que las moléculas de nitrógeno y oxígeno no lo hacen. Esta capacidad de absorber ondas infrarrojas es lo que hace que el dióxido de carbono sea un gas de efecto invernadero.

La vibración dentro de las moléculas de CO2 es el resultado del movimiento entre los centros nucleares lejos de sus mínimos, cambiando la distancia nuclear y / u orientación de la molécula.

Hay dos curvas degeneradas, una estiramiento simétrico y otro asimétrico.

Imagen cortesía de Greenhouse Gases

El doblez y el estiramiento asimétrico serán evidentes en el infrarrojo (IR) debido al cambio en el momento dipolar, el estiramiento simétrico no lo hará ya que el dipolo no cambia durante la vibración. Sin embargo, hay un cambio en el estiramiento simétrico en la polarización, lo que hace que esa vibración sea aparente en el espectro Raman.

Los láseres moleculares funcionan de manera diferente a los láseres atómicos porque tienen energías vibracionales y rotacionales, así como energía electrónica. Estas vibraciones moleculares ocurren porque las posiciones y orientaciones relativas de los núcleos atómicos no están absolutamente fijas dentro de la molécula. Las rotaciones moleculares ocurren porque las moléculas individuales son libres de girar y girar en el espacio ya que están en estado gaseoso. Las energías asociadas con las vibraciones y rotaciones moleculares se cuantifican al igual que la energía electrónica. Las transiciones entre niveles de energía vibracionales emiten fotones con longitudes de onda en la región infrarroja, mientras que las transiciones entre niveles de energía rotacional emiten fotones en la región de microondas.