El estudio y enseñanza de los modos vibracionales de la molécula triatómica

Abstract

En este trabajo se muestra que a través del dominio de la teoría general de pequeñas oscilaciones es posible resolver analíticamente los modos vibracionales de la molécula triangular, y que a la luz de resultados comparativos entre la molécula lineal y triangular se puede evaluar la dinámica de la molécula triangular y simplificar el análisis. Para ilustrar lo anterior, se modela mecánicamente una molécula triatómica, utilizando la formulación de Lagrange y asumiendo un tipo de molécula en la cual las masas (átomos) están ubicadas en los vértices de un triángulo rectángulo. Para un desarrollo analítico del problema se utiliza la teoría de pequeñas oscilaciones, considerando las masas y las constantes de acoplamiento iguales. Esto último permite escribir el Lagrangiano del sistema en forma adecuada y posteriormente determinar las ecuaciones diferenciales de movimiento, que describen el comportamiento de la molécula y permiten determinar las frecuencias propias de vibración. También se analiza y discute el caso de una molécula triatómica lineal, determinando los correspondientes modos normales de vibración. Finalmente, se comparan las soluciones de ambos sistemas.