Espectroscopia Infrarroja: Apuntes de Clase, Monografías, Ensayos de Química Analítica

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1.00 Espectroscopia infrarroja

Elvira Vianey Rangel Samano

1.10 Subdivisiones comunes del

espectro infrarrojo

Región Tipo de transición de nivel

energético

Rango de longitud

de onda μm.

Rango de Ṽ (^) Frecuencias ( ν )

Hz

Cercano Sobretonos 0.75-2.5 12800-4000 3.8X a 1.2X

Medio Vibraciones y rotaciones 2.5-25.0 4000-200 1.2X

Lejano Vibraciones estructurales

rotaciones

Monoatomicas

homopolares

0.75-2.5 μ 2.5-25 μ 25-1000 μ

Requerimientos para la absorción

r1 r

δ

−

δ

+¿ ¿

δ

+¿ ¿

δ

−

Momento

dipolar

μ=qr

r

• La radiación debe tener energía para

satisfacer la energía requerida por el material

• Cambio de momento dipolar

Para absorber radiación infrarroja, una molécula debe sufrir

un cambio neto en el momento dipolar cuando vibra o gira

Densidad electrónica

(molécula polar)

Momento dipolar

Rotación molecular

Para absorber radiación

infrarroja, una molécula

debe sufrir un cambio neto

en el momento dipolar

cuando vibra o gira

HCl (^) Especies homonucleares como O2, N2, o Cl

No absorbe radiación infrarroja

Transiciones

vibracionales/rotacionales

Infrarrojo medio

serie de líneas muy

próximas entre sí

Rotación muy restringida

líneas discretas vibracionales-rotacionales desaparecen y sólo

quedan bandas vibracionales algo ensanchadas

ρ

ω

σ

τ

Tipos de vibración

Estiramiento

Flexión

Tijereo (σ)

Sacudimiento (ρ)

Meneo (ω)

Torsión (τ)

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Frecuencia de la vibración

• (^) la aceleración es la segunda derivada de la distancia respecto al tiempo. Por

tanto,

• (^) Al igualar las estas expresiones de fuerza se obtiene
• (^) Una solución de esta ecuación debe ser una función periódica tal que su

segunda derivada sea igual a la función original multiplicada por k/m.

Ley de Hooke

F=-ky

Desplazamiento instantáneo de la masa en un tiempo t

F=ma

Donde:

Vm es la frecuencia natural de vibración y A es la amplitud

máxima del movimiento.

11

• (^) La segunda derivada de la ecuación anterior es
• (^) Si se sustituyen las ecuaciones anteriores en resulta
• (^) La frecuencia natural de la oscilación es entonces

Vm es la frecuencia natural del oscilador mecánico

Estados vibraciones y energía

Oscilador

armónico

simple

Molécula

diatónica

Transiciones

Fundamental

sobretono

Frecuencia vibracional

en números de onda

ῡ=

EJEMPLO 1:

• (^) Calcule el número de onda y la longitud de onda aproximados de la

absorción fundamental correspondiente a la vibración de

estiramiento de un grupo carbonilo C=O (k=

=1 atm ()(

=2.0x

=1 atm ()(

=2.7x

μ =( 2.0 x 10

− 26

𝑘𝑔 ¿ (2.7 x 10

− 26

𝑘𝑔 )

¿

( (^) 2.0 x 10

− 26

𝑘𝑔 )+(2.7 x 10

− 26

𝑘𝑔 )

μ =1.1 x 10

− 26

𝑘𝑔

ῡ =

1

𝑘

μ

ῡ =5.3 𝑥 10

− 12

𝑠 / 𝑐𝑚

1 𝑥 10

3

𝑁 / 𝑚

1.1 x 10

− 26

𝑘𝑔

ῡ =1.6 𝑥 10

3

𝑐𝑚

− 1

La banda de estiramiento del carbonilo se encuentra

experimentalmente en la región de 1600 a 1800

λ=1/ῡ

λ=

λ=

Ejercicios para entregar

• (^) Suponiendo una molécula diatómica simple, obtenga los números de onda de las bandas de

absorción con las constantes de fuerzas dadas. Compare las respuestas con las posiciones

tabuladas en la tabla de frecuencias de vibración. (1dyn=10^-5 N)

a) k = 5.1 x 10^5 dyn para el enlace C-H en el etano.

b) K= 5.9 x 10^5 dyn para el enlace C-H en el acetileno,

c) k= 4,5 x 10^5 dyn para el enlace C-C en el etano,

d) k= 7,6 x 10^5 dyn para el enlace C-C en el benceno.

e) k=17,5 x 10^5 dyn para el enlace CΞN en el.

f) k=12,3 x 10^5 dyn para el enlace C=O en el formaldehido.

g) k=5 x 10^2 para el enlace simple H-H.

h) k=12 x 10^2 para el enlace doble O=O.

i) k=20 x 10^2 para el enlace triple NΞN.

j) k=1 x 10^2 para el enlace iónico NaCl.

Enlace K Fuerza de enlace (N/m)

Sencillo ()

Doble

Triple

Reglas de selección y Oscilador

anarmónico

Energía potencial

Energía potencial/ fuerza restauradora

las únicas transiciones que pueden tener lugar son

aquellas en las que el número cuántico vibracional

cambia en una unidad

Dependiendo de:

**1. La naturaleza del enlace

2. Los átomos**

Armónica Anarmónica

sobretono No se cumple la regla de selección

Repulsión

Para definir el movimiento de una molécula, se

tiene que considerar:

El movimiento de toda la molécula en el espacio, es decir, el

movimiento de traslación de su centro de gravedad ,

El movimiento de rotación de la molécula completa alrededor

de su centro de gravedad

El movimiento de cada uno de sus átomos respecto a los otros

átomos , o en otras palabras, sus vibraciones individuales.