Espectroscopia infrarroja
Páginas: 8 (1872 palabras)
Publicado: 21 de enero de 2011
ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
La región infrarroja se encuentra en el espectro electromagnético ubicada entre las zonas visible y de microondas, dividiéndose en tres partes: IR cercano (al visible), medio y lejano, de los cuales abordaremos el estudio de la zona media.
[pic]
El intervalo de la longitud de onda (() del infrarrojo medio comprende el rango entre 2,5 y 45(m, o bien su inversa en números de onda ([pic]) que va entre 4000 y 225 cm-1. Como puede observarse [pic] es inversamente proporcional a (. Esto se desprende de la relación:
[pic]
donde E es la energía del fotón, h la constante de Planck, ( la frecuencia, ( la longitud de onda y [pic] número de onda.
Es decir que la energía de absorción es directamente proporcional a la frecuencia y porende al número de onda, e inversamente proporcional a la longitud de onda.
La energía en este rango del espectro electromagnético es la responsable de afectar a las energías vibracionales y rotacionales de las moléculas.
Una molécula posee diferentes niveles energéticos que tienen que ver con los grados de libertad traslacional, rotacional y vibracional. Nos importa ahora analizar losvibracionales. Dentro de una transición electrónica cuya energía corresponde a la zona visible del espectro, están incluidas las vibracionales y rotacionales.
[pic]
La molécula puede cambiar de nivel vibracional y efectuar una transición, para lo cual necesita una cierta energía que como hemos visto anteriormente, corresponde a la zona del infrarrojo del espectro electromagnético.
Supongamos elcaso más simple de una molécula diatómica:
[pic]
Lo más simple es considerar que los átomos de masa m1 y m2 se mueven uno con respecto al otro en un movimiento armónico simple, semejante a un resorte, cumpliendo con las leyes de Hooke y de Newton:
[pic]
Newton: F = m.a. = m.d2x/dt2
Hooke: F = - f.xen este caso donde las dos masas se mueven definimos x = x1 + x2 y la media de las masas se define como masa reducida = m1.m2/m1 + m2
Teniendo en cuenta estas definiciones e igualando ambas leyes:
F = μ.d2x/dt2 = - f.x
donde f se define como constante de fuerza y da idea de la resistencia a la deformación, por lo tanto a mayorfuerza del enlace más alta será la constante de fuerza.
La ecuación diferencial anterior admite una solución general de cuya expresión puede inferirse la expresión de la energía o frecuencia como
[pic] ó [pic] ó [pic]
De esta expresión se deduce que la energía que se necesita para que un enlace vibre, depende directamente de la fuerzade unión (f) entre los átomos involucrados e inversamente de la masa reducida del sistema ((). De esta forma podemos concluir que moléculas con uniones muy fuertes absorberán energía a altas frecuencias (o números de onda), y, mientras menores sean las masas, absorberán a mayores frecuencias.
Los cálculos de esta constante f (mdynas.cm-1) a partir de datos experimentales de las frecuenciasobservadas en los espectros de infrarrojo (IR) permite inferir sobre el orden del enlace covalente y las contribuciones π en los mismos. Por ejemplo C - O; C=O; etc.
El tratamiento mecánico-cuántico de las vibraciones conduce a la solución de la ecuación de onda correspondiente dando el valor de la energía:
[pic](v +1/2)
donde v es el númerocuántico vibracional y las transiciones energéticas para que la molécula vibre se realizan si v ± 1 desde el nivel fundamental v = 0. Cuando la transición es desde v = 0 a v = 1 la transición se llama vibración fundamental o normal. La regla v ± 1 no se cumple estrictamente y pueden observarse en los espectros transiciones con v ± 2,3,… de menor intensidad y que se denominan sobretonos. Las...
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
La región infrarroja se encuentra en el espectro electromagnético ubicada entre las zonas visible y de microondas, dividiéndose en tres partes: IR cercano (al visible), medio y lejano, de los cuales abordaremos el estudio de la zona media.
[pic]
El intervalo de la longitud de onda (() del infrarrojo medio comprende el rango entre 2,5 y 45(m, o bien su inversa en números de onda ([pic]) que va entre 4000 y 225 cm-1. Como puede observarse [pic] es inversamente proporcional a (. Esto se desprende de la relación:
[pic]
donde E es la energía del fotón, h la constante de Planck, ( la frecuencia, ( la longitud de onda y [pic] número de onda.
Es decir que la energía de absorción es directamente proporcional a la frecuencia y porende al número de onda, e inversamente proporcional a la longitud de onda.
La energía en este rango del espectro electromagnético es la responsable de afectar a las energías vibracionales y rotacionales de las moléculas.
Una molécula posee diferentes niveles energéticos que tienen que ver con los grados de libertad traslacional, rotacional y vibracional. Nos importa ahora analizar losvibracionales. Dentro de una transición electrónica cuya energía corresponde a la zona visible del espectro, están incluidas las vibracionales y rotacionales.
[pic]
La molécula puede cambiar de nivel vibracional y efectuar una transición, para lo cual necesita una cierta energía que como hemos visto anteriormente, corresponde a la zona del infrarrojo del espectro electromagnético.
Supongamos elcaso más simple de una molécula diatómica:
[pic]
Lo más simple es considerar que los átomos de masa m1 y m2 se mueven uno con respecto al otro en un movimiento armónico simple, semejante a un resorte, cumpliendo con las leyes de Hooke y de Newton:
[pic]
Newton: F = m.a. = m.d2x/dt2
Hooke: F = - f.xen este caso donde las dos masas se mueven definimos x = x1 + x2 y la media de las masas se define como masa reducida = m1.m2/m1 + m2
Teniendo en cuenta estas definiciones e igualando ambas leyes:
F = μ.d2x/dt2 = - f.x
donde f se define como constante de fuerza y da idea de la resistencia a la deformación, por lo tanto a mayorfuerza del enlace más alta será la constante de fuerza.
La ecuación diferencial anterior admite una solución general de cuya expresión puede inferirse la expresión de la energía o frecuencia como
[pic] ó [pic] ó [pic]
De esta expresión se deduce que la energía que se necesita para que un enlace vibre, depende directamente de la fuerzade unión (f) entre los átomos involucrados e inversamente de la masa reducida del sistema ((). De esta forma podemos concluir que moléculas con uniones muy fuertes absorberán energía a altas frecuencias (o números de onda), y, mientras menores sean las masas, absorberán a mayores frecuencias.
Los cálculos de esta constante f (mdynas.cm-1) a partir de datos experimentales de las frecuenciasobservadas en los espectros de infrarrojo (IR) permite inferir sobre el orden del enlace covalente y las contribuciones π en los mismos. Por ejemplo C - O; C=O; etc.
El tratamiento mecánico-cuántico de las vibraciones conduce a la solución de la ecuación de onda correspondiente dando el valor de la energía:
[pic](v +1/2)
donde v es el númerocuántico vibracional y las transiciones energéticas para que la molécula vibre se realizan si v ± 1 desde el nivel fundamental v = 0. Cuando la transición es desde v = 0 a v = 1 la transición se llama vibración fundamental o normal. La regla v ± 1 no se cumple estrictamente y pueden observarse en los espectros transiciones con v ± 2,3,… de menor intensidad y que se denominan sobretonos. Las...
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