Energia molecolare

Nelle molecole vi sono atomi costituiti da nuclei aventi carica positiva circondati da elettroni carichi negativamente. Ad esempio nella molecola di idrogeno H₂ è presente un legame covalente puro in cui gli elettroni sono condivisi tra i due nuclei.

L’energia potenziale della molecola è data dalla somma delle repulsioni tra cariche dello stesso segno e attrazione tra cariche di segno opposto.

L’energia potenziale della molecola è data dalla somma di tali contributi:

Energia Potenziale totale = EP_{elettrone-elettrone}+ EP_{nucleo-nucleo} + EP_{nucleo-elettrone}

L’energia potenziale di una molecola dipende quindi dalla posizione relativa nel tempo dei nuclei costituenti e degli elettroni come si può vedere dalla curva dell’energia potenziale.

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Le molecole di idrogeno inoltre, a seconda della temperatura, si muovono da una posizione all’altra e hanno quindi una energia cinetica traslazionale E_{cin trans}= mv²/2 essendo v la velocità media delle molecole.

Oltre all’energia potenziale e cinetica le molecole sono dotate di energia vibrazionale E_vibr in quanto facendo sempre riferimento alla molecola di H₂ il legame agisce come una sorta di molla. Per molecole più complesse vi sono molti possibili moti vibrazionali che contribuiscono all’energia cinetica totale.

Le molecole vengono inoltre sottoposte a movimenti rotazionali che danno luogo a un ulteriore contributo per la determinazione dell’energia cinetica.

Pertanto l’energia cinetica di una molecola è data dalla somma di tutti i contributi:

Energia cinetica totale = E_{cin trans} + E_vibr + E_rot

L’energia totale di una molecola detta energia interna U è data dalla somma della sua energia potenziale e cinetica:

U = EP_{elettrone-elettrone}+ EP_{nucleo-nucleo} + EP_{nucleo-elettrone} + E_{cin trans} + E_vibr + E_rot

Questa formula non consente, tuttavia, di poter prevedere il comportamento di una molecola e tantomeno di un gran numero di esse a causa del movimento caotico e imprevedibile del movimento che esse hanno.

Il comportamento di un gran numero di molecole viene pertanto descritto con metodi statistici.