Moleküle und Leben

Ein Molekül mit N Atomen hat 3N − 6 Schwingungsmöglichkeiten (3N − 5, wenn es linear ist): Wasser hat drei, Kohlendioxid vier (seine Biegeschwingung tritt zweimal auf, im rechten Winkel zueinander), Methan neun. Eine Mode absorbiert Infrarotlicht nur, wenn sie das Dipolmoment des Moleküls ändert. Deshalb sind die symmetrische Streckschwingung von CO₂ (7,50 µm), die Streckschwingung von O₂ und zwei der vier Grundschwingungen von Methan im Infrarot stumm. Die Banden, die diese Moden erzeugen, sind jene, die das Kapitel „Atmosphären lesen“ markiert: Die beiden Streckschwingungen von Wasser bei 2,66 und 2,73 µm bilden seine 2,7-µm-Bande, ν₃ von Methan die 3,3-µm-Bande, die asymmetrische Streckschwingung von CO₂ die 4,26-µm-Bande und die Streckschwingung von CO die 4,67-µm-Bande.

Bandenpositionen: die NIST-CCCBDB-Grundschwingungen des Atlas, λ = 10⁴/ν̃. Die Auslenkungen sind symmetriegerechte Skizzen mit festem Schwerpunkt und ohne Nettodrehung, keine Kraftfeldrechnung. In jeder Mode schwingt das am stärksten bewegte Atom um 0,2 Å, und die Bühne gibt an, wie stark dies seine Nullpunktsbewegung übertreibt, die quadratisch gemittelte Auslenkung aus ħ/2ω bei der Frequenz der Mode: für die Wasserstoffatome des Wassers in ν₁ sind das 0,047 Å, daher werden sie ×4 gezeichnet. Die Zeit ist 10¹³- bis 10¹⁴-fach verlangsamt, und die Bühne nennt den Faktor für jede Mode.