Гармонический осциллятор – это физическая модель. В школе не изучали? Некая масса привязанная к пружине с характерной жесткостью и эту массу выводят из покоя.
В химии мы можем использовать модель гармонического осциллятора для моделирования vibrations (по-русски колебания, но не стоит думать, что речь только о колебании как маятника). Мы говорим, что давайте рассмотрим химическую связь как два грузика соединенных пружиной с характерной жесткостью k (пропорциональной энергии связи).
Энергию гармонического осциллятора можете записать? Это школьная программа по физике.
Сила, действующая на гармонический осциллятор определяется законом Гука: F=-k\Delta x. Где \Delta x = x - x_0, отклонение от некого равновесного значения x_0. Допустим мы оттянули пружину на x=x_1=2x_0. У грузика потенциальная энергия 0.5k (x-x_0)^2=0.5x_0^2. Как только мы его отпустим, он будет двигаться к x_0. В определенной точке он дойдет до x=x_0, а значит его потенциальная энергия будет 0.5k(x_0-x_0)^2=0. Но энергия ведь не исчезает вникуда, она сохраняется в кинетическую (ибо грузик обладает в этот момент ненулевой скоростью).
Формулу \lambda \nu = v для волн знаете? (тоже школьная программа). Для электромагнитных волн v=c, значит \lambda \nu = c. Если мы хотим сравнивать энергии двух уровней, мы можем:
- Напрямую сравнивать энергии
- Сравнивать частоты[1] (ибо E=h\nu)
- Сравнивать любые величины линейно пропорциональные частоте. Например длины волн: \lambda = c/\nu
- Длины волн очень маленькие величины в данном контексте (10^{-6} м). Поэтому можем рассматривать 1/\lambda, что и есть wavenumber.
Можно сказать так. Но не всегда большая частота соответствует большой скорости колебаний. Частота колебаний определяет энергую колебательного уровня. Эту энергию можно тратить на: кинетическую (скорость), потенциальную (амплитуду колебаний, природу колебаний[2])
Полностью нарушена причинно-следственная цепочка.
Вернемся к моему предыдущему ответу:
Короткие и прочные связи образуют колебательные уровни, которые а) выше по энергии б) более равноудалены друг от друга[3]. Это значит, что а) большая доля молекул будет на нижнем колебательном уровне v=0 и б) нужно будет электромагнитную волну с большей энергией, чтобы перейти с уровня v на v+1.
Я бы напомнил, что не стоит путать частоту колебаний с частотой электромагнитной волны, обладающей энергией, соответствующей тому или иному уровню колебаний. Т.е. когда мы говорим о частоте ЭМВ, которая поглощается, мы не говорим о частоте колебаний. ↩︎
Например, в молекуле O=C=O растяжение связи C=O и изменение угла O-С-O будут явно требовать разные количества энергии. ↩︎
\Delta E_{v\to v+1} = h\nu (v+3/2)-h\nu(v+1/2)=h\nu ↩︎