Pacerizu exposiciones-espectrometria infrarroja

PACERIZU
EXPOSICIONES
AREA DE QUÍMICA
ADROGYFAR: DIVISIÓN TÉCNICA TECNOLÓGICA Y CIENTÍFICA
DOCUMENTO DE EXPOSICIÓN

Pablo César Rivera Zumaqué (1)

ESPECTROMETRIA
INFRARROJA

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(1) Regente de Farmacia; Universidad de Córdoba. Docente de Química. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Integrante activo como Analista y Asesor en
Droguerías y Farmacias: Adrogyfarm. Publicador de Artículos relacionados con las áreas de Educación, Química y Farmacia.

PACERIZU
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 Resultado de cambios energéticos
producidos en las transiciones de las
moléculas de unos estados de energía
vibracionales y rotacionales a otros.

 La transición en el infrarrojo no es lo
suficientemente energética para
producir transiciones electrónicas que
se dan cuando la radiación es
ultravioleta, visible y rayos X

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 Para absorber radiación el infrarrojo,
una molécula debe sufrir un cambio
neto en el momento dipolar como
consecuencia de su movimiento de
vibración o rotación.

 Solo en estas circunstancias, el campo
eléctrico alterno de la radiación puede
interaccionar con la molécula y
provocar cambios en la amplitud de
algunos de sus movimientos.

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 Si la frecuencia de la radiación coincide
exactamente con la frecuencia de vibración
natural de la molécula, tiene lugar una
transferencia neta de energía que origina
una cambio en la amplitud de la vibración
molecular.

 La consecuencia es la absorción de
radiación.

 La rotación de las moléculas asimétricas,
alrededor de sus centros de masa, producen
una variación periódica en el dipolo que
puede interaccionar con la radiación.

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REGIONES DEL ESPECTRO INFRARROJO

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ESPECTRO INFRARROJO

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 Número de onda: proporcionalidad directa
entre esta magnitud y la energía o la
frecuencia

 Tener en cuenta el cambio de escala a partir
de 2000 cm-1: esta discontinuidad se
introduce dado que en los espectros de
infrarrojo la mayoría de los detalles útiles,
desde el punto de vista cualitativo, aparecen
a números de onda inferiores a 2000 cm-1

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TIPOS DE TRANSICIONES

 Transiciones rotacionales:

– La energía necesaria para un cambio es muy pequeña y
corresponde a radiaciones de 100 cm-1 o menores.

– La absorción por los gases en la región del infrarrojo
lejano se caracteriza por líneas discretas y bien definidas.

– En lo líquidos o sólidos los choque e interacciones
moleculares causan el ensanchamiento de las líneas
ocasionando un espectro continúo.

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TIPOS DE TRANSICIONES

 Transiciones vibracionales - rotacionales:

– Para la mayoría de las moléculas las diferencias de energía
entre los estados cuantizados corresponden al infrarrojo
medio

– El espectro infrarrojo de un gas consta de una serie de
líneas muy próximas entre sí, debido a la existencia de
varios estado energéticos rotacionales para cada estado
vibracional.

– En sólidos y líquidos la rotación está muy restringida , las
líneas discretas vibracionales - rotacionales desaparecen,
quedando solo los picos vibracionales algo ensanchados.

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TIPOS DE VIBRACIONES MOLECULARES

Categorías básicas de vibraciones:

 Vibraciones de tensión: Supone un cambio
continúo entre la distancia interatómica a lo
largo del eje de enlace entre los dos
átomos.

 Vibraciones de flexión: se caracteriza por un
cambio en el ángulo entre dos enlaces.

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Tipos de Vibraciones Moleculares

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 En una molécula que contiene más de dos
átomos, son posibles todos los tipos de
vibraciones .

 Puede producirse una interacción o
acoplamiento de las vibraciones si éstas
involucran enlaces con un mismo átomo
central.

 El resultado del acoplamiento es un cambio
en las características de las vibraciones
implicadas.

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Modos de Vibración

 En las moléculas sencillas es posible deducir
el número y las clases de vibraciones y si
estas vibraciones provocan una absorción.

 En moléculas complejas la gran cantidad de
vibraciones posibles hace que los espectros
de infrarrojo resulten muy difíciles o
imposibles de analizar.

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 Para definir el movimiento de una
molécula se debe considerar:

– Movimiento de toda la molécula en el
espacio

– Movimiento de rotación de la molécula

– El movimiento de cada uno de los átomos
con respecto a los otros átomos.

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 Grados de libertad

– Si una molécula contiene N átomos : 3N grados
de libertad .

– Para describir el movimiento de translación: tres
coordenadas y por tanto 3 grados de libertad de
los 3N

– Para describir la rotación de la molécula en su
conjunto se necesitan 3 grados de libertad

– 3N – 6: grados de libertad correspondientes con
el movimiento interatómico: número de posibles
vibraciones.

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 En el caso de moléculas lineales el
número de vibraciones es de 3N – 5.

 Cada una de las 3N – 5 o 3N - 6 se
denominan modos normales

 Por cada modo normal de vibración
existe un diagrama de energía
potencial:

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 Factores que tienden a producir menos picos de
absorción experimentales que los previstos
teóricamente:

– Simetría de las moléculas: una vibración

– particular no produce cambios en el dipolo.

– Energías de dos o más vibraciones son idénticas o casi
idénticas.

– La intensidad de absorción es tan baja que no es
detectable por los medios ordinarios

– La energía vibracional se encuentra a longitudes de onda
fuera del intervalo de instrumento.

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 Factores que influyen en el grado de
acoplamientos vibracionales:

– Tan solo ocurre un fuerte acoplamiento entre
vibraciones de tensión cuando en las dos
vibraciones hay un átomo común.

– La interacción entre la vibraciones de flexión
requiere un enlace común entre los grupos que
vibran.

– El acoplamiento entre una vibración de tensión y
una vibración de flexión puede ocurrir si el
enlace que sufre la tensión forma uno de los
lados del ángulo que varía en la vibración de
flexión.

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– La mayor interacción tiene lugar cuando
las energías individuales de los grupos
acoplados son aproximadamente iguales.

– Se observa poca o ninguna interacción
entre grupos separados por dos o más
enlaces.

– El acoplamiento requiere que las
vibraciones pertenezcan al mismo grupo
de simetría.

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Instrumentos de Infrarrojo

 Espectrómetros de transformada de
Fourier (FTIR)

 Instrumento Dispersivos

 Instrumento no dispersivos

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APLICACIONES DE LA
ESPECTROMETRÍA EN EL
INFRARROJO.

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MANIPULACION DE LA MUESTRA

 No existen buenos disolventes en toda
la región espectral de interés.

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 Gases

 Disoluciones: esta limitada por la absorción
que tenga el solvente en la región del
infrarrojo

 Celdas: Suelen ser más estrechas(0.1 a 1
mm) que las de UV – vis.

– Con frecuencia, las cubetas son desmontables,
con espaciadores de teflón.

– Las ventanas de NaCl son la más utilizadas.

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 Líquidos

– Cuando la cantidad de muestra es pequeña o no
se dispone del solvente apropiado, es habitual
obtener los espectros del líquido puro.

– En este caso solo una película muy delgada tiene
un camino óptico lo suficientemente corto como
para producir efectos satisfactorios

– Los espectros tomados se esta forma por lo
general son satisfactorios para las
investigaciones cualitativas.

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 Sólidos:

– La mayoría de los compuestos orgánicos
presentan numerosos picos de absorción en la
región del infrarrojo medio.

– No es posible utilizar un disolvente que no
presente solapamiento.

– Se pulverizan la muestra hasta que las partículas
tengan un tamaño menos a la longitud de onda
de la radiación para evitar efectos de dispersión.

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 Sólidos:

– Pastillas: Pastillas de KBr o de haluros de
metales alcalinos.

– Presentan la propiedad de ser translucidas
cuando están finamente divididas.

– El KBr transmite a lo largo de la mayor parte del
infrarrojo hasta una frecuencia de
aproximadamente 400 cm-1

– CsI: 200cm-1

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ANALISIS CUALITATIVO

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