¿Alguien puede explicar en detalle, qué causa el movimiento de protones en las moléculas de hidrógeno y cómo eso lleva a los diferentes estados de vibración? Por favor no use matematicas

Answer 1

Cuando dos átomos de hidrógeno forman una molécula de hidrógeno, los dos electrones se distribuyen de una manera que mantiene unidos los núcleos, y con una separación particular entre ellos. Separar un poco más los núcleos produce una fuerza que los vuelve a juntar. Acercar un poco más los núcleos produce una fuerza que los aleja. Como dijo Jerzy , la molécula se comporta como un resorte. Es la distribución de electrones entre y alrededor de los dos núcleos que produce la fuerza, no una cadena literal.

Pero los protones y los electrones no son realmente como bloques y resortes. Su comportamiento es descrito por la mecánica cuántica. Un aspecto de la mecánica cuántica es que los electrones en átomos y moléculas solo pueden tener energías específicas. Otro aspecto es que las vibraciones de los átomos en las moléculas solo pueden ocurrir en frecuencias específicas.

Estas restricciones en los niveles de energía y vibraciones se pueden derivar, matemáticamente, de las ecuaciones fundamentales de la mecánica cuántica. Pero también se pueden observar al tratar de excitar la molécula con diferentes energías. Sólo un conjunto restringido de energías puede ser absorbido por la molécula. La molécula simplemente no interactúa en absoluto con otras energías.

Puedes describir y medir cómo se comportan los electrones y los núcleos. Puedes decir: “Estas son las propiedades fundamentales de estas cosas”. Pero derivarlos de algo más fundamental realmente requiere el uso de las leyes (matemáticas) de la mecánica cuántica y la resolución de ecuaciones diferenciales parciales multidimensionales.

Answer 2

Los protones se mantienen unidos debido al equilibrio de las fuerzas electrostáticas entre ellos y los electrones de los orbitales de unión. Si traza la energía potencial de un protón en función de la distancia entre protones, encontrará que tiene un mínimo a cierta distancia. Eso significa que cada vez que un protón se mueve ligeramente fuera de ese mínimo, la fuerza electrostática intentará volver a moverlo hacia adentro. Por lo tanto, la situación es similar a la que se obtiene cuando se conectan dos masas con un resorte: hay un mínimo potencial a una cierta distancia entre las masas (la longitud natural del resorte), y cada vez que las mueva un poco, aparecerá una fuerza tratando de moverlas de nuevo a esa distancia natural.

Ahora, sabes por experiencia, que cuando mueves una masa como [suena y suelta, comenzará a oscilar. Lo mismo sucede con la molécula de hidrógeno, siempre que cambies la distancia entre los protones, por ejemplo, al chocar con otra molécula o al excitarla con radiación, los protones comienzan a oscilar. La principal diferencia es que los protones son mucho más ligeros que las masas en un resorte y, por lo tanto, oscilan según las leyes de la mecánica cuántica, que en particular dicta, que solo se permiten ciertas amplitudes de oscilación.