26/02/2012

modes normaux de vibration

Les longueurs d'onde (1/n) des modes normaux de vibration de l'eau sont de l'ordre du micromètre (10-6 m) et contribuent donc au spectre infrarouge. 
  Les vastes étendues d'eau (lacs, océans) paraissent bleues en partie à cause du fait que l'eau absorbe la lumière rouge 100 fois plus que la lumière bleue.

Il faut 3N coordonnées pour repérer les différentes positions des atomes de cette molécule (on dit qu'elle possède 3 N degrés de liberté). On aura donc au maximum 3 N - 6 modes de vibrations normaux. En effet, sur les 3 N degrés de liberté, 3 sont utilisés pour repérer la translation du centre d'inertie de la molécule, et 3 pour repérer les rotations du système autour de celui-ci.

 Pour une molécule coudée comme H2O (N = 3) : il y aura 3 modes de vibrations normaux soit 3 fréquences de vibration possibles.
Il y a  trois (3N-6 soit 9-6 ) modes normaux de vibration pour la molécule d'eau :
  1. les vibrations d'élongation symétriques : les atomes liés s'approchent ou s'éloignent de façon symétrique ;
  2. les vibrations d'élongation antisymétriques : de même mais cette fois-ci lorsqu'une liaison est comprimée, l'autre est étirée  ;
  3. les vibrations de déformation d'angle.(mouvement symétrique)
 Les atomes d'hydrogène bougent plus vite que l'atome d'oxygène.

En accord avec les principes de la mécanique quantique, une quantité définie de chaleur est échangée avec l'environnement quand ces vibrations "sautent" d'un mode à un autre. Les vibrations moléculaire relèvent donc de l'agitation thermique. D'autres mouvement moléculaires collectivement connus comme le mouvement Brownien participent à l'agitation thermique sous forme de rotations des molécules sur leurs axes et de déplacements dans l'espace.
 A température ambiante, le temps moyen de stagnation d'une molécule d'eau dans le liquide est de l'ordre de 10-11 seconde. Les molécules d'eau changent donc de place plusieurs milliards de fois par seconde.
De toute évidence, un modèle moléculaire rigide ne peut pas rendre compte de ces mouvements. c'est pourquoi les atomes y sont montrés à leurs positions moyennes.

 Les modèles moléculaires rigides ne reflètent que partiellement la structure moléculaire réelle, qui est une structure dynamique.

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