După cum se menționează în legătura furnizată de @Shadock, peroxidul de hidrogen, ca multe alte molecule, este supus rotației interne împiedicate. Când rotiți cele două grupuri OH unul față de celălalt în jurul legăturii O-O, acest lucru necesită o anumită energie în funcție de unghiul relativ. În configurația eclipsată (grupurile OH îndreptate în aceeași direcție), este ușor de văzut că trebuie să existe un maxim în potențial datorită repulsiei Paulli. În configurația antieclipsată (ambele grupuri OH îndreptate în direcții opuse) există un alt maxim pe măsură ce anti-aliniați cei doi dipoli ai grupurilor. Între aceste maxime, veți găsi un minim și potențialul poate fi extins ca o serie Fourier în unghiul de legătură relativ
$$ V (\ gamma) = \ frac {V_2} {2} \ cos (2 \ gamma) + \ frac {V_4} {2} \ cos (4 \ gamma) + \ ldots $$
unde $ V_2 $ și $ V_4 $ sunt legate de înălțimile celor două bariere. Dacă barierele ar fi infinit de mari, grupurile OH ar acționa ca un oscilator armonic cuantic într-unul dintre minimele potențiale. Pe de altă parte, dacă bariera ar fi foarte mică, grupurile OH s-ar roti liber unul în jurul celuilalt. În cazul peroxidului de hidrogen, bariera eclipsată este atât de mare încât grupările OH cu greu pot trece / traversa. Bariera inferioară este o poveste diferită. Este suficient de ridicat pentru a susține câteva niveluri vibraționale, dar nu suficient de ridicat pentru a împiedica grupările OH să tuneleze prin barieră și, în consecință, aceste niveluri de energie sunt împărțite în două. (De fapt, aceste două niveluri sunt din nou împărțite prin tunelarea prin bariera superioară, dar din moment ce este atât de mare, divizarea este foarte mică). Matematic, ecuația Schroedinger pentru acest potențial periodic este echivalentă cu ecuația Mathieu (sau ecuația lui Hill mai generală).
În cazul lui H $ _2 $ O $ _2 $ tunelarea este atât de rapidă, că molecula vibrează în jurul barierei inferioare cu o perioadă de ~ 100 fs. În consecință, pentru a determina polaritatea, trebuie să mediați peste această mișcare, rezultând o polaritate netă.
Rețineți că, dacă bariera ar fi atât de mare încât tunelarea ar fi suficient de lentă, H $ _2 $ O $ _2 $ ar fi o moleculă chirală!
Comentarii