Q9.4. Vibración y rotación molecular
Los movimientos moleculares cuantizados producen espectros que revelan geometría, fuerza de enlace y masa. Rotación y vibración son ventanas directas a la estructura molecular.
Objetivos de aprendizaje
- Interpretar modos normales de vibración.
- Usar frecuencia vibracional con fuerza y masa reducida.
- Explicar reglas de selección IR y microondas.
- Reconocer acoplamiento rovibracional.
Mapa del capítulo
Vibraciones moleculares
Una molécula no lineal de N átomos tiene 3N-6 modos normales; una lineal tiene 3N-5. Cada modo es un movimiento colectivo. Para que sea activo en IR debe cambiar el momento dipolar durante la vibración. Por eso no todos los enlaces o modos aparecen con la misma intensidad.
Frecuencia y enlace
En aproximación armónica, la frecuencia vibracional aumenta con la constante de fuerza y disminuye con la masa reducida. Enlaces más fuertes y átomos más livianos vibran a mayor número de onda. Esta relación permite interpretar regiones IR: O-H y N-H altos, C=O fuerte cerca de 1700 cm-1, enlaces pesados a menor frecuencia.
Rotación
Para observar espectro rotacional puro en microondas, la molécula debe tener momento dipolar permanente. HCl rota activamente; N2 no. Las separaciones entre líneas dependen del momento de inercia, de modo que el espectro permite medir distancias de enlace con gran precisión.
Rovibración y anarmonicidad
En fase gas, las transiciones vibracionales suelen acompañarse de cambios rotacionales y producen ramas P y R. Los enlaces reales no son osciladores perfectamente armónicos: a energías altas se alargan y pueden disociarse. La anarmonicidad explica sobretonos y separación no uniforme.
Ejemplo trabajado de lectura fisicoquímica
CO2 no tiene momento dipolar permanente, pero algunos modos vibracionales son IR activos porque durante la vibración aparece un cambio de dipolo.
Errores frecuentes y cómo evitarlos
| Error | Corrección conceptual |
|---|---|
| Suponer que todo modo es IR activo | Debe cambiar el momento dipolar. |
| Confundir enlace fuerte con pico intenso | Frecuencia e intensidad responden a factores distintos. |
| Olvidar geometría molecular | Lineales y no lineales tienen distinto número de modos. |
Autoevaluación
- Calcula cantidad de modos normales para H2O y CO2.
- ¿Por qué HCl tiene espectro rotacional y N2 no?
- Relaciona C=O con su región IR.