00
让一束红外光穿过 CO₂ 气体，再比较进入样品前后的光强。探测器会在约 667 和 2349 cm⁻¹ 附近记录明显吸收。
CO₂ 还有约 1333 cm⁻¹ 的对称伸缩。它为什么没有出现在基本红外吸收带里？
先选一个答案，再看分子运动和偶极矩怎样变化。
哪种振动在基本红外谱中静默？
MOLECULAR VIBRATION · STORY 12
为什么有些振动
红外光看不见
CO₂ 的原子一直在动。红外谱只记录其中一部分运动，因为吸收光还要满足一个条件。
HOW TO READ
右边三幅图共用一个振动模式。光路显示样品是否吸收，分子图放大正常坐标，谱图标出对应波数。切换模式时，三个读数会一起更新。
当前模式为反对称伸缩，波数 2349 每厘米，波长 4.26 微米，红外活性。
同一个正常模 · 三种表征
- 模式
- ν₃ · 反对称伸缩
- 波数
- 2349 cm⁻¹
- 波长
- 4.26 μm
- 红外活性
- 可吸收
正常模 ν₃ · 反对称伸缩
偶极矩 Δμ ≠ 0
红外响应 发生吸收
谱图结果 2349 cm⁻¹ 峰
01
线形 CO₂ 有三个原子，因此有四个振动自由度。弯曲可以在两个互相垂直的平面发生，二者频率相同，所以通常合在一个简并模式里讨论。
本页比较三类基本振动：
- > 对称伸缩，约 1333 cm⁻¹ - > 弯曲，约 667 cm⁻¹，二重简并 - > 反对称伸缩，约 2349 cm⁻¹
拖动模式控制器，原子位移、波数和谱线位置来自同一个模式记录。
02
对称伸缩时，两侧 C=O 键同时变长，再同时变短。两个氧原子的位移彼此对称，分子在整个过程中保持零净偶极矩。
运动确实发生了，红外光却不能靠电场把这个正常模激发出来。于是谱图在 1333 cm⁻¹ 的基本频率处不画吸收峰。
这个振动可以用拉曼光谱等方法观察；“红外静默”只说明它不满足本页讨论的红外选择定则。
03
红外吸收要求振动过程中偶极矩随正常坐标改变：
弯曲让线形分子暂时偏离直线，反对称伸缩让一侧键变长时另一侧变短。两种运动都会产生随时间变化的偶极矩，因此能与红外光的电场耦合。
判断一个振动是否红外活性，要看偶极矩有没有变化，不能只看原子有没有移动。
04
红外谱常把波数从高到低排列。波数与波长互为倒数：
因此 2349 cm⁻¹ 对应约 4.26 μm，667 cm⁻¹ 对应约 15.0 μm。波数更高，单个光子的能量也更高。
本页只标出教学所需的基本模式位置，不计算转动细结构、峰宽和真实吸收强度。
05
真实分子的红外谱通常比 CO₂ 复杂。不同键的伸缩和弯曲会重叠，低波数区还会出现许多对分子骨架很敏感的吸收带。
化学家会先看官能团常见波数，再把整段谱图与候选结构比较。一个峰通常不够定结构，峰的位置、形状和组合要一起使用。
CO₂ 的例子先把最关键的判据讲清楚。分子有某个振动，不代表红外谱一定记录它。
06
选择一种正常模，再调节示意振幅。页面会重算波长与光子能量，并在三个视图中显示同一模式。
试试看：找出红外静默的模式，再比较弯曲和反对称伸缩的波长。说明为什么波数较大的吸收带反而出现在更短的波长。
读谱时要记住
运动还要改变偶极矩
线形三原子分子有 3N−5 = 4 个振动自由度；两个弯曲方向简并。
振动过程中偶极矩必须随正常坐标改变，基本红外吸收才会出现。
波长以微米计时，λ = 10⁴/ṽ；2349 cm⁻¹ 对应约 4.26 μm。
本页只处理三个基本模式，不计算转动细结构、强度、峰宽、泛频与组合带。
CONCEPT CHECK · 先预测，再验证
为什么 CO₂ 的对称伸缩在基本红外谱中静默？
FREE PLAY · 切换正常模
CO₂ 红外实验台
选择振动模式并调节示意振幅。波数、波长、红外活性和三幅图使用同一帧结果。
当前模式为弯曲，波数 667 每厘米，波长 14.99 微米，红外活性。
同一个正常模 · 三种表征
- 模式
- ν₂ · 弯曲
- 波数
- 667 cm⁻¹
- 波长
- 14.99 μm
- 红外活性
- 可吸收
正常模 ν₂ · 弯曲
偶极矩 Δμ ≠ 0
红外响应 发生吸收
谱图结果 667 cm⁻¹ 峰
MODEL CARD
模型卡 · V0.1
数据锚点
采用 NIST Chemistry WebBook 中 12C16O2 的近似基本频率：弯曲 667 cm⁻¹、对称伸缩 1333 cm⁻¹、反对称伸缩 2349 cm⁻¹。
红外活性
页面按偶极矩是否随正常坐标变化区分活性。对称伸缩标为红外静默；弯曲和反对称伸缩标为活性。
谱图范围
只画基本模式的教学位置。真实气相谱包含转动振动结构，也可能出现泛频、组合带和 Fermi 共振，本模型不预测这些细节。
动画边界
振幅控制器只缩放示意位移。原子位置是确定性的正常模插图，不表示热运动幅度、单分子轨迹或真实振动次数。
来源
频率和红外活性核验自 NIST Chemistry WebBook 的 Carbon dioxide (12C16O2) vibrational and/or electronic energy levels，访问日期 2026-08-07。