Le mouvement périodique des atomes au sein d'une molécule, qui absorbe des fréquences spécifiques de la lumière.La vibration moléculaire est le mouvement périodique des atomes au sein d'une molécule, où les liaisons s'étirent, se plient et se tordent autour de leurs positions d'équilibre. Ces vibrations se produisent à des fréquences spécifiques, généralement dans la région infrarouge du spectre électromagnétique. Lorsque la lumière infrarouge correspond à une fréquence de vibration, la molécule absorbe cette lumière, fournissant une empreinte spectrale unique. Ce phénomène est à la base de la spectroscopie infrarouge, un outil puissant pour identifier les molécules et étudier leur structure et leur environnement.
Le concept de vibrations moléculaires a été développé à la fin du XIXe et au début du XXe siècle avec l'avènement de la mécanique quantique. La spectroscopie infrarouge a été utilisée systématiquement pour la première fois dans les années 1930, et la théorie des modes normaux a été formalisée par des physiciens comme Max Born et Theodore von Kármán.
Une molécule avec N atomes possède 3N-6 modes de vibration (ou 3N-5 pour les molécules linéaires). Chaque mode correspond à un mouvement collectif des atomes, comme l'étirement symétrique ou la flexion. La fréquence de chaque mode dépend des masses des atomes et de la force des liaisons. Lorsque la lumière infrarouge frappe la molécule, elle est absorbée si sa fréquence correspond à un mode de vibration, ce qui fait passer la molécule à un état d'énergie vibrationnelle plus élevé. Le spectre d'absorption révèle quels modes sont actifs et à quelles fréquences, permettant aux chimistes de déduire la structure moléculaire et les liaisons.
La spectroscopie infrarouge est utilisée en chimie, en biologie et en science des matériaux pour identifier des substances inconnues, suivre des réactions chimiques et étudier les interactions moléculaires—par exemple, dans l'article « Comment l'eau danse avec les cycles de carbone : spectroscopie du d moléculaire ».
La fréquence de vibration d'une liaison peut être utilisée pour mesurer sa force : les liaisons plus fortes vibrent plus rapidement, c'est pourquoi la vibration d'étirement d'une triple liaison apparaît à une fréquence plus élevée que celle d'une double liaison.
