Molécula diatómica
Las moléculas diatómicas (del griego δι, dos y άτομον, átomo) son aquellas que están formadas por dos átomos del mismo o distinto elemento químico.
muy grandes este potencial se vuelve una constante, la cual se suele tomar como el origen de energía potencial; al hacerse
cada vez más pequeño, el potencial decrece en el orden de
Es en sus primeros niveles energéticos muy similar al potencial del Oscilador armónico.
Constants of Diatomic Molecules[1] (Wikipedia en inglés), lista cientos de moléculas diatómicas, algunas de las cuales se han detectado espectroscópicamente en el espacio interestelar.
No obstante, de todas estas, sólo algunas se encuentran en la naturaleza aunque representan casi la totalidad de la atmósfera terrestre: dinitrógeno (78%), dioxígeno (21%), argón (0.9340%).
Lista de elementos diatómicos: Los elementos que se encuentran en estado diatómico bajo una situación de 100 000 Pa (1 bar) y 298 K (25 °C) son: hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y los halógenos: flúor, cloro, bromo, yodo, y probablemente también el astato.
El astato es tan raro en la naturaleza (su isótopo más estable tiene una vida media de sólo 8,1 horas) que habitualmente no se le tiene en cuenta.
Muchos metales son también diatómicos cuando se encuentran en estado gaseoso.
Otros elementos como los metales tienen sus respectivas moléculas diatómicas en estado gaseoso.
Además, algunas moléculas diatómicas como el difósforo son altamente reactivas.
Si un compuesto está formado por átomos del mismo elemento como el hidrógeno o el oxígeno se dice que son homonucleares.
Aun así casi siempre entendemos por moléculas diatómicas a las homonucleares.
El enlace químico en una molécula diatómica homonuclear es apolar y covalente.
Otros elementos existen con forma diatómica pero con una alta inestabilidad y reactividad.
Por ejemplo, Dalton pensó que la fórmula del agua era HO.
No obstante, estos resultados fueron ignorados en su mayor parte hasta 1860.
Esto fue, en parte, por la creencia de que los átomos de un elemento no tenían ninguna afinidad química hacia átomos del mismo elemento.
Las moléculas diatómicas no pueden tener cualquier geometría que no sea lineal, ya que dos puntos cuales quiera siempre caen en una línea.
Es muy común, y conveniente, representar las moléculas diatómicas como dos masas puntuales (los dos átomos).
Para estudiar los niveles de energía de este tipo de moléculas y pensando que las fuerzas asociadas a ellas son del tipo Van der Waals podemos usar, en sus primeras aproximaciones, el potencial asociado al Oscilador armónico cuántico.
Las energías encargadas en el movimiento de la molécula pueden clasificarse en tres categorías: Cabe destacar que estos niveles energéticos están acoplados: los vibracionales con los rotacionales.
Esto se puede medir determinando las frecuencias del espectro de las ondas electromagnéticas polarizadas en el eje
y por tanto la solución a dicha ecuación de autovalores son las autofunciones de la forma: donde las funciones Hn son los Polinomios de Hermite: cuyos autovalores o valores propios serán: donde: Estas aproximaciones son válidas para v pequeños, ya que f será mayor que el tercer término en la expansión si la dispersión de la posición de la partícula en un nivel energético es muy pequeña.
sólo puede tener autovalores dados por: donde “l” es un número natural y
, siendo esta la distancia entre dos líneas adyacentes del espectro puramente rotacional, es siempre menor que
y entonces podemos reemplazar en el potencial centrífugo en el hamiltoniano por su equivalente fijo en el punto de equilibrio, quedando: ahora la ecuación radial tiene la forma: El cual tiene nuevamente tiene la forma del Hamiltoniano del Oscilador armónico cuántico cuyos auto valores son: Por tanto ahora hemos encontrado la relación entre los niveles energéticos vibracionales y rotacionales para una molécula diatómica.
El nivel más bajo de energía vibracional es dado por:
, y una típica frecuencia de vibración es 5 x 1013 Hz.
Haciendo un cálculo parecido a este último se obtiene: Entonces, el espaciamiento y la energía de una típica transición espectroscópica, entre los niveles de energía vibracional es aproximadamente 100 veces mayor que una típica transición entre los niveles de energía rotacional.
