Grados de libertad en una molécula diatómica [duplicado]

Sabemos que un compuesto monoatómico solo puede tener 3 grados de libertad ya que podemos considerarlo como una masa puntual. Sin embargo, ahora que consideramos una molécula diatómica, hay 3 grados de libertad en el movimiento de traslación, 1 grado en vibración y el último en rotación. Sin embargo, ¿por qué la rotación solo puede tener 1 grado de libertad cuando puede girar en un número infinito de direcciones?

Realmente no creo que esto sea un duplicado, ni siquiera mencionó la posibilidad de rotación alrededor del eje de enlace de la molécula. Relacionado: sí; duplicado: no.

Respuestas (1)

hay 3 grados de libertad en movimiento de traslación, 1 grado en vibración y el último es en rotación

En realidad, hay 3 grados de libertad de traslación, 2 de rotación y 1 de vibración para una molécula de dos átomos.

Fuente de la imagen: http://astarmathsandphysics.com/a-level-physics-notes/182-thermal-physics-and-gases/3036-degrees-of-freedom-2.html

El vibracional no se muestra en esta imagen, aunque es fácil ver qué es (átomos que oscilan a lo largo del enlace molecular con una diferencia de fase de π , es decir, en antifase, para más información ver esto ).

Ahora la pregunta: es cierto que la molécula puede rotar en un número infinito de direcciones, pero (piénselo) también puede moverse en traslación en un número infinito de direcciones. El punto clave es que toda la traslación (rotación) se puede escribir como una superposición de las tres direcciones de movimiento básicas (dos para rotación). Entonces, en cierto modo, cualquier rotación de la molécula que pueda percibir es en realidad una rotación combinada y simultánea alrededor de ambos ejes posibles.

Los grados de libertad vibratorios entran en escena solo a una temperatura más alta. A temperatura más baja, la molécula diatómica tiene solo 5 grados de libertad.
¿ Por qué hay dos grados vibratorios de libertad?
@Aniket Cierto, pero irrelevante, ya que no estamos discutiendo la disponibilidad de los grados de libertad sino su geometría.
@Gert Vaya, lo que quise decir es que hay dos 1 2 k B T términos que contribuyen a la energía de una molécula a partir de sus vibraciones, uno proveniente de la energía potencial, uno de la cinética. Hay, por supuesto, sólo un grado vibratorio de libertad, ya que el otro en realidad degenera en movimiento de traslación. Corregiré ese detalle en una hora o dos cuando llegue a casa.
@Sobanoodles: uf. Hubiera odiado estar equivocado en eso. ;-) ¡Gracias!
Grados de libertad en una molécula diatómica [duplicado]
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