ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA

ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA

La espectroscopía infrarroja tiene casi 125 años de existencia. El primer
espectro de vibraciones moleculares fue observado en 1881 por Abney y Festing
[3.1], quienes prepararon emulsiones fotográficas sensibles al infrarrojo cercano y
fotografiaron el espectro de absorción de 48 líquidos orgánicos. Encontraron
bandas características en estos espectros, las cualesasociaron con la presencia
de hidrógeno en las moléculas estudiadas. En 1892, Julius [3.1] obtuvo el espectro
infrarrojo de 20 compuestos orgánicos, encontrando que todos los compuestos que
contienen metilo (CH3) exhiben una banda de absorción de 3.45 μm y llegó a la
conclusión de que la absorción de ‘ondas caloríficas’ se debe a movimientos
intramoleculares; en otras palabras, la estructurainterna de la molécula determina
el tipo de absorción. También encontró que el efecto no es ‘aditivo’; es decir, que
no se puede predecir el espectro de absorción de un compuesto a partir del
conocimiento de los espectros de los átomos constituyentes.
Los espectrómetros infrarrojos son una de las herramientas más importantes
para observar espectros vibracionales. Las características másrelevantes de esta
espectroscopía son las siguientes:
1.
Si dos moléculas están constituidas por átomos distintos, o tienen distinta
distribución isotópica, o configuración, o se encuentran en ambientes distintos, los
espectros infrarrojos serán distintos.
2.
Una sustancia definida puede identificarse por su espectro infrarrojo. Estos
espectros pueden ser considerados como las huellasdigitales de dicha sustancia.
3.
Los espectros muestran bandas que son típicas de grupos funcionales
particulares y que tienen localizaciones e intensidades específicas dentro de los
espectros infrarrojos
4.
A partir de los espectros se pueden inferir las estructuras moleculares. Para
ello se requiere un modelo en el cual basar los cálculos.
5.
Las intensidades en las bandas del espectro de unamezcla, son
generalmente proporcionales a las concentraciones de las componentes
individuales. Por lo tanto, es posible determinar la concentración de una sustancia
y realizar análisis de muestras con varias componentes.
6.
Es posible, mediante el uso de dispositivos experimentales adecuados,
obtener espectros infrarrojos sin alteración de la muestra, lo que constituye a esta
espectroscopíacomo una herramienta de análisis no destructiva.
7.
El tiempo necesario para obtener y almacenar un espectro infrarrojo es del
orden de minutos.
3.1. Modos normales de vibración
Los átomos que constituyen a una molécula están unidos entre sí por fuerzas
de origen electrostático, que semejan uniones elásticas y, en consecuencia, sus
movimientos son periódicos o cuasiperiódicos. Todos losmovimientos relativos de

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los átomos en una molécula son en realidad la superposición de los llamados
modos normales de vibración, en los cuales todos los átomos se encuentran
vibrando con la misma fase y frecuencia normal. El número de modos normales de
vibración define el espectro vibracional de cada molécula. Estos espectros también
dependen de las masas de los átomos involucrados, suarreglo geométrico dentro
de la molécula, y la “elasticidad” de los enlaces químicos.
Consideremos una molécula formada por N átomos. Si asignamos
coordenadas x, y, z para describir la posición de cada átomo en el espacio,
tendremos que toda la molécula queda descrita por 3N coordenadas. Debido a que
la molécula puede presentar movimiento traslacional, rotacional y vibracional las
3Ncoordenadas para describir al sistema pueden asociarse a cada tipo de
movimiento de la siguiente manera:
Grados de libertad 1 requeridos
para describir el movimiento
Traslación (centro de masas)
3
Rotación (en torno al centro de 2 (para moléculas lineales)
masas)
3 (para moléculas no lineales)
Movimiento

Vibración

3N-5 (para moléculas lineales)
3N-6 (para moléculas no
lineales)...