Espectroscopia de infravermelho

Espectroscopia de infravermelho

Espectroscopia de Infravermelho

 A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) é um tipo de espectroscopia de absorção a qual usa a região do infravermelho do espectro eletromagnético. Como as demais técnicas espectroscópicas, ela pode ser usada para identificar um composto ou investigar a composição de uma amostra.

 A espectroscopia no infravermelho se baseia no fato de que as ligações químicas das substâncias possuem freqüências de vibração específicas, as quais correspondem a níveis de energia da molécula (chamados nesse caso de níveis vibracionais). Se a molécula receber luz com 'exatamente' a mesma energia de uma dessas vibrações, então a luz será absorvida.

A fim de se fazer medidas em uma amostra, um raio monocromático de luz infravermelha é passada pela amostra, e a quantidade de energia absorvida é registrada. Repetindo-se esta operação ao longo de uma faixa de comprimentos de onda de interesse (normalmente 4000-400 cm-1) um gráfico pode ser construído. Quando olhando para o gráfico de uma substância, um usuário experiente pode identificar informações dessa substância nele.

 Nem todas as vibrações moleculares provocam absorção de energia no IV. Para que uma vibração ocorra com absorção de energia no IV o momento de dipolo da molécula deve se alterar quando a vibração se efetua. Assim, quando os quatro átomos de hidrogênio do metano vibram simetricamente, o metano não absorve energia no IV. As vibrações simétricas das ligações carbono-carbono duplas ou triplas do eteno e do etino não provocam, também, absorção de radiação no IV.

 Como o espectro de IV têm muitos picos de absorção, a possibilidade de dois compostos terem o mesmo espectro é praticamente inexistente. Por isso, o espectro de IV é a "impressão digital" da molécula. As absorções são registradas em números de onda (cm-1).

Tabela de algumas absorções de ligações de funções orgânicas

Ligação

Tipo de ligação

Tipo específico de ligação

Faixa de absorção e intensidade

C-H

Alquil

Metil

1380 cm-1 (fraca), 1460 cm-1 (forte) and 2870, 2960 cm-1 (ambas médias a fortes)

Vinil

C=CH2

900 cm-1 (forte) and 2975, 3080 cm-1 (média)

aromática

benzeno

3070 cm-1 (fraca)

alcinos

3300 cm-1 (média)

aldeídos

2720, 2820 cm-1 (média)

C=O

aldeído/cetona

alifática saturada/cíclica de 6 membros

1720 cm-1

ácidos carboxílicos e seus derivados

ácidos carboxílicos saturados

1710 cm-1

O-H

álcoois, fenóis

3610-3670 cm-1 (concentrando as amostras alarga-se a banda e a move para 3200-3400 cm-1)

ácidos carboxílicos

3500-3560 cm-1 (concentrando as amostras alarga-se a banda e a move para 3000 cm-1)

N-H

aminas primárias

duplete entre 3400-3500 cm-1 e 1560-1640 cm-1 (forte)

C-O

álcoois

primários

1050±10 cm-1

secundários

cerca 1100 cm-1

terciários

1150-1200 cm-1

fenóis

1200 cm-1

éteres

alifático

1120 cm-1

ácidos carboxílicos

1250-1300 cm-1

ésteres

1100-1300 cm-1 (duas bandas - distinção das cetonas, que não possuem C-O!)

C-N

aminas alifáticas

1020-1220 cm-1 (freqüentemente sobreposta)

nitrila (ligação C≡N)

2210-2260 cm-1 (não conjugada 2250 cm-1, conjugada 2230 cm-1)

C-X (X=F, Cl, Br, I)

fluoroalcanos

ordinária

1000-1100 cm-1

cloroalcanos

540-760 cm-1 (média to fraca)

bromoalcanos

abaixo de 600 cm-1

iodoalcanos

abaixo de 600 cm-1

N-O

nitro compostos

alifática

1550 cm-1 (banda mais forte) and 1380 cm-1 (banda mais fraca) - SEMPRE AMBAS!

aromáticos

1520, 1350 cm-1 (conjugação normalmente reduz o número de onda)

Usos e Aplicações:

 A espectroscopia no infravermelho é largamente usada tanto na indústria quanto na pesquisa científica, pois se trata de uma técnica rápida e confiável para medidas, controle de qualidade e análises dinâmicas. Porém para se elucidar uma estrutura se faz necessária utilização de outras técnicas para complemento. Esta técnica está mais relacionada com a identificação das funções orgânicas existentes em um composto ou mistura.

As máquinas modernas podem tirar medidas na faixa de interesse freqüentemente, como 32 vezes por segundo. Isso pode ser feito enquanto se fazem medidas simultâneas com outras técnicas. Isso faz com que as observações de reações químicas sejam processadas mais rapidamente, de forma mais precisa e mais exata.

Espectroscopia de Ultravioleta-Visível

A espectroscopia de ultravioleta-visível (espectroscopia UV-VIS) baseia-se na energia de excitação necessária para a transição de elétrons entre orbitais moleculares, cobre a região de comprimento de onda de 100 – 800 nm.

 A espectroscopia de absorção UV-VIS envolve a absorção de luz UV/VIS por uma molécula promovendo a transição de um elétron desde um orbital molecular fundamental a um orbital excitado.

 Os elétrons de valência podem, geralmente, ser encontrados em um dos seguintes tipos de orbitais:

- orbitais ligantes simples, σ;

- orbitais ligantes π (duplas e triplas ligações);

- orbitais não-ligantes (par isolado de elétrons).

 Orbitais σ ligantes tendem a ter uma energia menor que os orbitais π ligantes, os quais, por sua vez, têm energia menor que os orbitais não-ligantes.

 Grupos Cromóforos: chama-se cromóforo a um grupo insaturado e covalente que apresenta absorção característica na região do ultravioleta (ou do visível).

 Grupos Auxócromos: são grupos que contém heteroátomos (O, N, S, Cl, etc) com ao menos um par de elétrons livres ligados à uma ligação dupla, o composto absorve em um comprimento de onda maior do que o composto sem o heteroátomo correspondente. Apesar de não apresentarem absorção maior que 200nm, quando ligados a um cromóforo alteram o comprimento de onda de absorção deste último, bem como sua intensidade.

 Absorções características de alguns grupos cromóforos insaturados:

Cromóforo

Comprimento de onda (nm)

C=C

170

CC

185-222

C=O

277-279

CN

160

Ar

184-254

Usos e Aplicações:

 Medidas de absorção baseadas em radiação ultravioleta encontram vasta aplicação para identificação e determinação de uma miríade de espécies inorgânicas e orgânicas. Os métodos de absorção molecular talvez sejam os mais amplamente usados dentre todas as técnicas de analise quantitativas em laboratórios químicos e clínicos em todo o mundo.

Espectrometria de Massas (EM)

 Um espectro de massas é o registro do que acontece com as moléculas quando estas são bombardeadas em fase gasosa por um feixe de elétrons em um instrumento chamado espectrômetro de massas.

 As moléculas são destruídas em pedaços, usualmente é possível deduzir do estudo dos fragmentos a estrutura da molécula original.

 Durante a interação entre a molécula e o elétron de alta energia há transferência de energia para a molécula. Uma das maneiras pelas quais a molécula excitada pode dissipar a energia em excesso é pela ejeção de um elétron, ficando positivamente carregada.

MOLÉCULA MOLÉCULA+ + e-

Íon molecular (M+)

 Se o íon molecular (M+), assim formado, tiver energia suficiente, poderá haver fragmentação de uma ou mais ligações, dando como resultado um íon e uma molécula neutra ou radical.

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