Espectroscopía de infrarrojo

Espectroscopía de infrarrojo

La espectroscopía es una técnica no destructiva, es decir, no destruye la muestra, utilizada para la determinación de estructuras orgánicas. Con base a la cantidad de luz que absorbe un compuesto luego de ser irradiado, se grafican los resultados como una función de la longitud de onda de la luz. La espectroscopía infrarroja se debe a las vibraciones de los enlaces y proporciona evidencia de los grupos funcionales. También puede emplearse para monitorear el progreso de las reacciones biológicas

En un espectrofotómetro infrarrojo sencillo dispersivo, se usan dos haces de luz. El haz de la muestra pasa a través de la celda de la muestra, mientras el haz de referencia pasa a través de una celda de referencia que sólo contiene el disolvente. Un espejo rotatorio permite de manera alternada que la luz de cada uno de los dos haces entre al monocromador

El monocromador usa prismas o rejillas de difracción para permitir que sólo entre al detector una frecuencia de luz a la vez. Escanea el intervalo de frecuencias infrarrojas a medida que una pluma se mueve a lo largo de las frecuencias correspondientes en el eje x del papel cuadriculado. Las frecuencias más altas (longitudes de onda más cortas) aparecen a la izquierda del papel cuadriculado. La señal del detector es proporcional a la diferencia en la intensidad de la luz en los haces de la muestra y de referencia, con el haz de referencia compensando para cualquier absorción por el aire o por el disolvente. La señal del detector controla el movimiento de la pluma a lo largo del eje y, con el 100 por ciento de transmitancia (sin absorción) en la parte superior del papel y el 0 por ciento de transmitancia (absorción de toda la luz) en la parte inferior.

Un espectrofotómetro infrarrojo con transformada de Fourier (IR-TF) usa un interferómetro, para medir un espectro IR. La luz infrarroja va de la fuente luminosa a un separador de haces, por lo regular hecho de KBr pulido, colocado a un ángulo de 45°. Parte del haz pasa a través del separador de haces y parte se refleja a un ángulo recto. El haz reflejado pega en un espejo estacionario, mientras que el haz transmitido pega en un espejo que se mueve a una velocidad constante. Los haces regresan de los espejos para volver a combinarse en el separador de haces. El haz del espejo móvil ha recorrido una distancia distinta a la del haz del espejo fijo, y los dos haces se combinan para crear un patrón de interferencia llamado interferograma. Este interferograma, el cual contiene de manera simultánea todas las frecuencias, pasa a través del compartimiento de la muestra para alcanzar el detector.

INFRARROJO

El espectro electromagnético es el intervalo de todas las frecuencias posibles y en el caso de la radiación infrarroja, las longitudes de onda que abarca son de 8x10-5 cm a 1x10-2 cm, que corresponden a energías de 4.6 a 46 kJ/mol. Estas frecuencias corresponden a las que se encuentran justo debajo del espectro visible y por encima de las frecuencias más altas de microondas y de radar. El espectro infrarrojo se divide entre cercano, medio y bajo según su longitud de onda.

Los fotones infrarrojos no tienen la energía suficiente para ocasionar transiciones electrónicas, pero pueden ocasionar que los grupos de átomos vibren con respecto a los enlaces que los conectan. Al igual que las transiciones electrónicas, estas transiciones vibracionales corresponden a distintas energías, y las moléculas absorben la radiación infrarroja sólo a ciertas longitudes de onda y frecuencias.

Los números de onda (en cm-1) corresponden al número de ciclos en un centímetro, es recíproco a la longitud de onda (cm), proporcional a la frecuencia y proporcional a la energía de un fotón de esa frecuencia. Por lo que son el método más común para especificar la absorción infrarroja.

Algunas aplicaciones en la vida cotidiana de la radiación infrarroja son termómetros, los controles remotos y la transmisión digital.

En la región infrarroja, las absorciones resultan por lo general a partir de los modos vibracionales de los enlaces en la molécula.

VIBRACIONES MOLECULARES

Un enlace covalente se comporta como un resorte, si se estira el enlace,una fuerza de restauración hace que los dos átomos tienden a juntarse hasta su unidad de enlace de equilibrio y si se comprime el enlace , la fuerza de restauración separa los átomos. Cuando el enlace se estira o comprime y después se libera, los átomos vibran.

La frecuencia de la vibración del estiramiento depende de las masas de los átomos y de la rigidez del enlace. Los átomos más pesados vibran de manera más lenta que los más ligeros; por ejemplo, la frecuencia característica de un enlace C-D es menor que la del enlace C-H. En un grupo de enlaces con energías de enlace similares, la frecuencia disminuye con el incremento de la masa atómica.

Los enlaces más resistentes por lo general son más rígidos, requiriendo más fuerza para estirarlos o comprimirlos. Por tanto, los enlaces más fuertes por lo regular vibran más rápido que los enlaces más débiles (asumiendo que los átomos tienen masas similares). En un grupo de enlaces entre átomos similares, la frecuencia aumenta con la energía de enlace.

Los enlaces triples son más fuertes que los enlaces dobles, por lo que los enlaces triples vibran a frecuencias más altas que los enlaces dobles. De manera similar, los enlaces dobles vibran a frecuencias más altas que los enlaces sencillos. En un grupo de enlaces que tienen átomos de masas similares, la frecuencia aumenta con la energía de enlace.

Tabla 1. Frecuencias de estiramiento de los enlaces

Hay dos grandes grupos de modos de vibración de las moléculas: vibraciones de tensiones, dadas por el acercamiento y alejamiento en los enlaces; y las vibraciones de flexiones, que se dan cuando el enlace se “balancea”. Las flexiones se producen a números de onda bajos y las tensiones a números de onda altos.

Una molécula no lineal con n átomos por lo general tiene 3n-6 modos

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