Молекулярные колебания
Молекуля́рные колеба́ния — один из трёх типов молекулярного движения, к которым относятся также трансляционное движение (когда все атомы молекулы смещаются в одном направлении) и вращательное движение (когда молекула поворачивается на определённый угол). В отличие от последних двух случаев, когда геометрия молекулы не меняется, при колебаниях происходит изменение положения атомов относительно друг друга.
В общем случае, молекула из N атомов обладает 3N − 6 нормальными колебаниями, за исключением линейных молекул, у которых 3N − 5 колебаний. Двухатомная молекула частный случай линейной, обладает всего одним колебанием, при котором меняется расстояние между двумя атомами молекулы.
В случае многоатомных молекул колебания довольно сложны, и их обычно описывают как комбинацию колебаний разных фрагментов молекулы. Часто это трёхатомные фрагменты молекулы, например, метиленовая группа (−CH2−) в органических молекулах. Можно выделить шесть типов колебаний трёхатомного фрагмента молекулы: симметричное и антисимметричное валентные колебания, ножничное, маятниковое, веерное и крутильное. Для молекул, содержащих только три атома, например, молекулы воды, последние три типа колебаний не существуют, так как они соответствуют перпендикулярных осей (для этих колебаний расстояния между тремя атомами фрагмента не меняются).
В классической механике колебания молекулы рассматриваются с позиции, что связи между атомами ведут себя как пружины. В гармоническом приближении колебания подчиняются закону Гука: сила которую требуется приложить для растяжения пружины, прямо пропорциональна величине растяжения . Константа пропорциональности в случае молекулярных колебаний называется силовой константой
Из второго закона Ньютона эта сила равняется также произведению приведённой массы и ускорения:
где — амплитуда координаты колебания Для двухатомной молекулы AB приведённая масса равняется:
