Espectroscopia Infrarroja

PRÁCTICA Nº 1

ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA

OBJETIVOS:
• Adquisición de conceptos ligados a las vibraciones moleculares y a la absorción de radiación infrarroja (IR).
• Rudimentos de identificación y caracterización de grupos funcionales sustancias orgánicas a partir de sus espectros IR.

VIBRACIONES MOLECULARES

La espectroscopía infrarroja (IR) es una técnica ampliamenteutilizada que permite la determinación estructural de compuestos químicos mediante el análisis de sus vibraciones moleculares características. Para comprender cabalmente la espectroscopía IR, se debe tener presente los principios del movimiento armónico simple. Imagine dos esferas, o masas, conectadas por medio de un resorte. Esto es lo que se conoce como oscilador armónico simple (Figura 1).

[pic]|Figura 1 |Oscilador armónico simple |

En términos generales para que ocurra absorción de radiación infrarroja, el movimiento vibracional de la molécula bajo observación debería tener asociada una fluctuación en el momento dipolar eléctrico; esto requiere que la distribución de carga alrededor de la molécula no sea simétrica.
La fuerza del momento dipolar estádeterminada por la magnitud de la diferencia de carga y la distancia entre los centros de carga. Este cambio en el momento dipolar establece a su vez un campo eléctrico. Cuando el campo eléctrico de la radiación electromagnética coincide en frecuencia con una de las frecuencias oscilatorias naturales de la molécula, puede ocurrir interacción entre los campos resultando en una transferencia de energíaresonante y en un cambio en la amplitud del movimiento.
Una vez puestas en movimiento, las esferas comenzarán a oscilar, o vibrar a lo largo del resorte, a una cierta frecuencia que dependerá de las masas de las esferas y de la rigidez del resorte. Una esfera de masa pequeña se moverá con mayor facilidad que otra de masa mayor. Por tanto, las masas más pequeñas oscilan a mayor frecuencia que las masasmás grandes. Un resorte sumamente rígido, como el de un colchón, es difícilmente deformable y rápidamente retorna a su forma original cuando se deja de aplicar la fuerza deformante. Por otro lado, un resorte débil se deforma fácilmente y demora mucho tiempo en volver a su forma original. De ahí que un resorte más rígido oscilará a mayor frecuencia que uno débil.
El enlace químico entre dosátomos puede ser considerado como un oscilador armónico simple. El enlace sería el resorte y los dos átomos o grupos de átomos conectados por el enlace, serían las masas. Cada átomo tiene una masa diferente y los enlaces simples, dobles o triples poseen distinta rigidez, por lo que cada combinación de átomos y enlaces posee su propia frecuencia armónica característica.
El modelo del oscilador armónicoproporciona una descripción matemática de la vibración del enlace (Figura 2). Este modelo asume que la energía potencial es una función cuadrática de la distorsión x del enlace definida como[pic], lo que es razonable sólo si x es pequeño. La aproximación del potencial cuadrático es equivalente a una fuerza de recuperación lineal (ley de Hooke):

[pic]

siendo k la constante de fuerza delenlace de enlace químico.
| |[pic] |
|[pic][pic] | |
|Figura 2. |Representación matemática del oscilador armónico |Al resolver la ecuación de movimiento del oscilador armónico, se obtiene la frecuencia de vibración fundamental (0:
[pic]

Donde ( es la masa reducida de la molécula definida como:

[pic]

La frecuencia de vibración será más elevada cuanto más fuerte sea el enlace (mayor k). Para k es posible encontrar en literatura, valores de k = 4.5 mdinas/Å para un enlace simple (C-C), para uno doble...