Infrarotstrahlung ist die elektromagnetische Wärmestrahlung. Es handelt sich also um Photonen mit einer bestimmten Energie, je nach Spektrum. Korreliert nun die Frequenz der IR-Strahlung mit der Rotations- bzw. Schwingungsfrequenz des Moleküls, dann kann dieses Molekül das Photon bzw. die Energie aufnehmen und den Schwingungszustand somit ändern.
Das geht nur bei Molekülen mit mehr als 2 Atomen, was am Dipolmoment liegt, das dafür notwendig ist. Ein Dipolmoment ist die räumliche Ladungstrennung, also der Schwerpunkt der positiven Ladungen und der der negativen Ladungen fallen nicht zusammen. Bei zweiatomigen Molekülen ist das oft der Fall, sie sind unpolar, also die Ladungsverteilung ist homogen. Es braucht auch kein statisches Dipolmoment für die IR-Absorption, es kann auch ein dynamisches Dipolmoment sein.
Im Allgemeinen besitzt ein n-atomiges Molekül 3n Bewegungsfreiheitsgrade. Dabei fallen 3 auf die Translation (die Bewegungsmöglichkeiten, wenn sich das Molekül als ganzes bewegt), 2 auf die Rotation, falls die Atome linear angeordnet sind bzw. 3 auf die Rotation falls die Atome nichtlinear angeordnet sind. Der Rest ergibt die Schwingungsfreiheitsgrade. CO2 ist linear also gibt es:
3×3-3-2=4
Schwingungsfreiheitsgrade. Das sind zum einem die symmetrische und unsymmetrische Streckschwingung, sowie die 2-fach entartete Biegeschwingung. Infrarotabsorption ist nur möglich, wenn sich das Dipolmoment des Moleküls ändert. Die symmetrische Streckschwingung hat jedoch in jeder Anregung das Dipolmoment Null, sie kann also nicht durch Absorption angeregt werden (man sagt sie ist IR-inaktiv). Es verbleiben also die asymmetrische Streckschwinung bei 4.3 µm, sowie die Biegeschwingung bei 15.3 µm. Die letzte spielt für den Treibhauseffekt die wesentliche Rolle!