موضوع مقاله: ارتعاش مولکولی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ارتعاش مولکولی | مقدمه: پیوند= مولکلول (HCL) ارتعاش مولکولی هنگامی رخ می‌دهد که اتم‌ها در یک مولکول در حرکت دوره‌ای باشند. | ## بخش 1: ارتعاش مولکولی | فرکانس‌های معمولی از لرزش‌های مولکولی از 1013 تا 1014 Hz متفاوت است که مربوط به طول موج حدود ۳۰۰ تا ۳۰۰۰ سانتی‌متر است. به‌طور کلی یک مولکول با N اتم دارای 3N-۶ حالت طبیعی ارتعاش است، اما یک مولکول خطی دارای 3N-۵ حالت ارتعاش است. (زیرا چرخش در محور مولکولی آن مشاهده نمی‌شود) یک مولکول دو اتمی دارای یک حالت عادی ارتعاش است. ارتعاشات مولکولی هنگامی رخ می‌دهد که پیوندهای درون یک مولکول و اتم‌ها آن شروع به ارتعاش کنند و این اتفاقات با جذب انرژی توسط مولکول انجام می‌شود. حالت‌های عادی ارتعاش مولکول‌های قطبی مستقل از یک دیگر هستند، اما هر حالت عادی شامل ارتعاشات همزمان از قسمت‌های مختلف مولکول (مانند پیوندهای شیمیایی مختلف) است. انرژی جذب شده به صورت کوانتومی می‌باشد، در نتیجه هنگامی که مولکول یک کوانتومانرژی (E) را جذب کند، ارتعاش مولکولی رخ می‌دهد.E باتوجه به فرکانس لرزش،v، و رابطه پلانک E=hv (در این‌جا h،ثابت پلانک) محاسبه می‌شود. وقتی پیوند دو کوانتوم انرژی جذب می‌کند، صوت اول پیوند تحریک می‌شود و به همین ترتیب صوت‌های بالاتری تحریک می‌شوند. تقریباً، حرکت ارتعاشی عادی را می‌توان به صورت حرکت نوسانگر هماهنگ ساده در نظر گرفت. اما در واقعیت این حرکت مانند حرکت نوسانگر هماهنگ ساده نیست و صوت اول این حرکت، فرکانسش کمی کمتر از دو برابر فرکانس اساسی است. | ## بخش 2: ارتعاش مولکولی | تعداد حالت‌های ارتعاشی برای یک مولکول با N اتم، موقعیت تمام اتم‌ها به مجموع 3N مختصات بستگی دارد، به طوری که مولکول دارای 3N درجه آزادی (از جمله حرکت انتقالی، حرکت چرخشی و حرکت ارتعاشی) است. هر مولکول غیر خطی، می‌تواند حول هر کدام از محور هایدستگاه مختصات دکارتی بچرخد، بنابراین دارای ۳ درجه آزادی چرخشی است. برای مولکول‌های خطی، در محور مولکول حرکت چرخشی شامل حرکت هسته‌ها نمی‌شود، بنابراین فقط دو درجه آزادی وجود دارد که می‌تواند مختصات اتمی را تغییر بدهد. یک معنای دیگ از چرخش مولکول‌های خطی را می‌توان به این صورت بیان کرد که چرخش یک مولکول خطی زمانی رخ می‌دهد که جهت محور مولکولی درفضای سه بعدی تغییر پیدا کند. چرخش جهت محور مولکول باعث تغییر در هسته اتم‌ها نمی‌شود، به همین دلیل دو محور چرخش برای مولکول در حال خطی داریم. در نتیجه تعداد حالت‌های ارتعاشی برابر 3N منهای تعداد حالت‌های آزاد چرخشی می‌شود. مختصات ارتعاشی مختصات یک ارتعاش طبیعی، ترکیبی از تغییر موقعیت اتم‌ها در مولکول است. هنگامی که ارتعاش اتفاق می‌افتد، اتم‌ها به صورت سینوسی با فرکانس v شروع به حرکت می‌کنند. انواع ارتعاش در مختصات داخلی انواع حرکت‌های ارتعاشی را با توجه به مولکول مسطح اتیلن در زیر توضیح خواهیم داد. | ## بخش 3: ارتعاش مولکولی | توجه کنید که تغییر زاویه H-C-C نمی‌تواند به عنوان مختصات داخلی استفاده شود، زیرا هر دو اتم کربن همزمان با هم نمی‌توانند تغییر زاویه پیدا کنند. ارتعاشات اتمی در ساختار بلوری مواد جامد هراتم در ماده جامد به سرعت در حال ارتعاش، در حول موقعیت شبکه ای خود در بلور است. در یک دمای معین، نوعی توزیع انرژی برای اتم‌های سازنده در نزدیکی میانگین انرژی وجود دارد. با افزایش دما، این میانگین انرژی افزایش میابد و در واقع دمای یک جامد می‌تواند به عنوان معیاری جهت اندازه‌گیری میانگین فعالیت ارتعاشی اتم‌ها و مولکل‌ها در نظر گرفته شود. در دمای اتاق فرکانس ارتعاشی متداول، حدود 1013 ارتعاش در ثانیه بوده و این در حالی است که دامنه ارتعاش تنها چند هزارم نانومتر است. برای مثال، پدیده ذوب هنگامی اتفاق می‌افتد که ارتعاشات اتمی برای گسیختن تعداد زیادی از پیوندهای اتمی کافی باشد. مثال برای ارتعاشات اتمی ارتعاش یک گروه متیلن (-CH2-) در یک مولکول به صورت زیر است. | ## جمع‌بندی | اتم‌ها در گروه CH2، که ترکیب آلی محسوب می‌شود، به صورت ۶ راه متفاوت، ارتعاش می‌کنند.