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Tutte le molecole vibrano. Anche le più semplici, come l’acqua o l’anidride carbonica, non sono mai realmente immobili, nemmeno allo stato solido. I loro atomi si muovono senza sosta, oscillando come se fossero collegati da molle invisibili.
È importante sapere che le molecole possono assumere solo certi valori discreti di energia: le vibrazioni molecolari sono quantizzate. Questo significa che non è possibile che una molecola vibri con un’energia qualsiasi: esistono livelli energetici ben precisi, e ogni salto tra un livello e l’altro corrisponde a un’energia ben definita. Questa è l'essenza dell’“oscillatore armonico quantistico”, uno dei modelli più eleganti e fondamentali per descrivere le vibrazioni molecolari.
Le molecole si muovono senza sosta: vibrano come molle invisibili, ma sempre seguendo le regole discrete e rigorose della meccanica quantistica. (Immagine generata da Microsoft Designer, si ringraziano Matteo Bedogni e Francesco Di Maiolo)
Anche le rotazioni delle molecole sono soggette a quantizzazione. In un gas, le molecole ruotano liberamente, ma solo con valori energetici discreti legati a numeri quantici ben definiti. Vibrazioni e rotazioni quantizzate sono alla base di alcuni strumenti essenziali per esplorare il mondo invisibile.
Ad esempio, la spettroscopia infrarossa permette di identificare molecole e studiarne i legami osservando come assorbono luce a specifiche frequenze vibrazionali. Allo stesso modo, la spettroscopia a microonde analizza le rotazioni quantizzate per rivelare la geometria delle molecole.
Questi principi trovano applicazioni in chimica, fisica e persino nell'astrofisica, dove l’identificazione di molecole nello spazio profondo si basa proprio sull’impronta digitale lasciata dalle loro vibrazioni e rotazioni quantizzate. Anche quando non possiamo vederle, le molecole ci raccontano chi sono attraverso il loro eterno e discreto movimento.
Autore: Cristina Sissa
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