Translations- und Rotationsbewegungen sowie Bindungsdehnung und -beugung sind die grundlegenden Bewegungsarten innerhalb von Molekülen. Verschiedene Moleküle durchlaufen unterschiedliche Überlagerungen der Grundbewegungen.
Alle Moleküle sind ständig in Bewegung. Die Freiheitsgrade dieser Bewegung hängen von der Materiephase der Moleküle ab. Feststoffe haben den geringsten Bewegungsradius, gefolgt von Flüssigkeiten und dann Gasen. Die Temperatur der Moleküle ist ein Hinweis auf ihre kinetische Energie. Eine höhere Temperatur erhöht direkt die Translationsbewegung der Moleküle, was zu einer höheren Bewegungsgeschwindigkeit bei Flüssigkeits- und Gasmolekülen und zu einer höheren Frequenz und Schwingungsamplitude bei festen Molekülen führt.
Die Boltzmann-Beziehung verbindet die makroskopische Temperatur linear mit der kinetischen Energie des Moleküls durch die Boltzmann-Konstante. Ein linearer Temperaturanstieg geht mit einem linearen Anstieg der durchschnittlichen kinetischen Energie aller Moleküle in einem System einher.
Rotationsbewegung kann die Drehung des gesamten Moleküls oder die Drehung von Teilen des Moleküls relativ zueinander in einer Torsionsbewegung beinhalten. Eine solche Bewegung kann nur in Gas- und Flüssigphasen auftreten, da Moleküle in Festkörpern an festen Positionen gebunden sind.
Die Bewegungen von Molekülen bestimmen viele physikalische Eigenschaften, einschließlich der Farbe, die durch Photonenabsorption und -reemission durch die Bindungen bestimmt wird, und die chemische Reaktivität, die durch die Energiemenge bestimmt wird, die zum Knüpfen oder Aufbrechen der Bindungen benötigt wird.
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