@Shadockが提供するリンクで述べられているように、水素は他の多くの分子と同様に、内部回転が妨げられます。 2つのOH基をO-O結合の周りで相互に回転させると、相対角度に応じて特定のエネルギーが必要になります。重なり型配座（OH基が同じ方向を向いている）では、パウリの反発によりポテンシャルに最大値がなければならないことが簡単にわかります。重なり型配座（両方のOH基が反対方向を向いている）ではグループの2つの双極子を逆整列させると、別の最大値があります。これらの最大値の間に最小値があり、相対結合角のフーリエ級数としてポテンシャルを拡張できます。
$$ V（\ gamma）= \ frac {V_2} {2} \ cos（2 \ gamma）+ \ frac {V_4} {2} \ cos（4 \ gamma）+ \ ldots $$
ここで、 $ V_2 $と$ V_4 $は、2つの障壁の高さに関連しています。障壁が無限に高い場合、OH基は潜在的な最小値の1つで量子調和振動子として機能します。一方、バリアが非常に小さい場合、OH基は互いに自由に回転します。過酸化水素の場合、重なり型の障壁が非常に高いため、OH基がそれを越えたり通過したりすることはほとんどありません。下の障壁は別の話です。いくつかの振動レベルをサポートするのに十分な高さですが、OH基がバリアをトンネリングするのを防ぐのに十分な高さではないため、これらのエネルギーレベルは2つに分割されます。 （実際、これらの2つのレベルは、より高いバリアを通過するトンネリングによって再び分割されますが、これは非常に高いため、分割は非常に小さくなります）。数学的には、この周期ポテンシャルのシュレーディンガー方程式はマシュー方程式（またはより一般的なヒルの方程式）と同等です。
H $ _2 $ O $ _2 $の場合、トンネリングは非常に高速です。分子は約100fsの周期で下部バリアの周りで振動します。その結果、極性を決定するには、この動きを平均する必要があり、正味の極性になります。
バリアが非常に高いため、トンネリングが十分に遅くなり、H $ _2 $ O $ _2 $はキラル分子になります！
コメント