Límites

Fonaments de l’espectroscòpia infraroja
L’espectroscòpia infraroja (Espectroscòpia IR) és la branca de l’espectroscòpia que treballa amb la part infraroja de l’espectre electromagnètic. S’utilitza com altres tècniques espectroscòpiques, o en combinació amb elles, per a identificar un compost o investigar la composició d’una mostra. Els fotons de la radiació infraroja no tenen energia suficientper a provocar transicions electròniques en els àtoms, però si poden aconseguir vibracions dels enllaços covalents de les molècules orgàniques.
La regió de l’infraroig de l’espectre correspon a longituds d’ona que van des de 8 x 10-5 cm a 8 x 10-2 cm, o el que és el mateix de 14.000 a 10 cm-1, si s’expressa en números d’ona. La porció infraroja de l’espectre electromagnètic es divideix en tresregions, el infraroig proper, el mitjà i el llunyà, així nomenats per la seva relació amb l’espectre visible. D’aquest tres, l’infraroig mitjà (aproximadament 4000-400 cm-1) és el que s’usa per estudiar les vibracions fonamentals i l’estructura rotacional/vibracional en l’espectroscòpia IR.

Modes fonamentals de vibració
Els àtoms no es troben estàtics dins d’una molècula sinó que estan enmoviment constant uns respecte als altres, vibrant a freqüències constants entorn dels enllaços que els uneixen. L’espectroscòpia infraroja es basa en el fet que les molècules tenen freqüències concretes a les quals roten i vibren, és a dir, els moviments de rotació i vibració moleculars tenen nivells d’energia discrets (modes normals vibracionals).
Les freqüències ressonants o freqüències vibracionalssón determinats bàsicament per la forma de les molècules, la força dels enllaços i les masses dels àtoms. Així, la freqüència de les vibracions pot ser associada amb un tipus particular d’enllaç.
En tot cas, perquè una forma vibracional en una molècula sigui activa a l’IR, ha d’estar associada amb canvis en el dipol permanent, de manera que molècules simètriques difícilment absorbiran radiacióIR.
Les molècules diatòmiques simples tenen només un enllaç, que només es pot estirar i encongir. Les molècules més complexes poden tenir molts enllaços, i les diferents formes en les que vibren es poden combinar, portant a absorcions en l’infraroig a freqüències característiques que poden relacionar-se amb grups químics.
Per exemple, els àtoms en un grup CH2, que es troba en molts compostosorgànics poden vibrar de sis formes diferents, com són estiraments simètrics i asimètrics, flexions simètriques i asimètriques en el pla (scissoring i rocking, respectivament), i flexions simètriques i asimètriques fora del pla (wagging i Twisting, respectivament), com es mostra en els dibuixos a continuació:

estiramiento simétrico

scissoring

Wagging estiramiento asimétricoRocking twisting


Absorcions característiques dels grups funcionals
Com s’ha indicat, l’absorció de la radiació IR depèn sobretot de la naturalesa de l’enllaç i els àtoms involucrats, de manera que cada tipus d’enllaç absorbeix en una franja més o menys estreta de l’espectre, el que pot servir per caracteritzar els grups funcionalsde la mostra. En tot cas, cada compost pur dona un espectre característic que el defineix. En la taula i el gràfic de sota es mostren les bandes associades a cada tipus d’enllaç:
Enllaç mínim nombre d’ona (cm-1) nombre d’ona màxima (cm-1) grup funcional
C – O 1000 1300 Alcohols i èsters
N – H 1580 1650 Amina o amida
C = C 1610 1680 Alquens
C = O 1650 1760 Aldehids, cetones, àcids, èsters,amides

O – H 2500 3300 Àcids carboxílics (banda molt ampla)
C – H 2850 3000 Alcans
C – H 3050 3150 Alquens
O – H 3230 3550 H enllaçat en els alcohols
N – H 3300 3500 Amina o amida
O – H 3580 3670 OH lliure en alcohols (només en les mostres diluïdes amb solvent no polar)
Intervals d’absorció en l’IR de diferents tipus d’enllaç:


Si es vol més detall es pot consultar aquesta...