O que determina se um fóton pode excitar um modo vibracional de uma molécula diatômica?

Quando a energia do fóton \(h\nu\) coincide com a diferença entre dois níveis vibracionais quantizados da molécula.

Explicação:
Moléculas diatômicas têm níveis vibracionais quantizados, por exemplo para o oscilador harmônico \(E_v=h\nu_0\left(v+\tfrac{1}{2}\right)\).
A transição \(v\to v+1\) exige \(\Delta E=h\nu_0\), portanto um fóton excita o modo vibracional se \(h\nu=\Delta E\).
O decaimento da intensidade por absorção é dado pela Lei de Beer–Lambert: \(I=I_0e^{-\mu x}\), com \(\mu=N\sigma\) (densidade \(N\) e seção eficaz \(\sigma\)).

Exemplo:
Para o monóxido de carbono (CO) o número de onda vibracional é \(\tilde{\nu}\approx2143\ \mathrm{cm^{-1}}\).
Assim \(\nu=c\tilde{\nu}\approx6{,}43\times10^{13}\ \mathrm{Hz}\) e a onda absorvida tem \( \lambda=\tfrac{c}{\nu}\approx4{,}67\times10^{-6}\ \mathrm{m}\) (infravermelho).
Se um feixe atravessa um gás com \(\mu=0{,}2\ \mathrm{m^{-1}}\) por \(x=10\ \mathrm{m}\), então \(I/I_0=e^{-0{,}2\cdot10}=e^{-2}\approx0{,}135\), mostrando a redução por absorção.