Introdução à Radiação Infravermelha e Excitação Molecular, Notas de aula de Química

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ANÁLISE INSTRUMENTAL

PROF. D. SC. JORGE DINIZ DE OLIVEIRA

Carga Horária 60 h

Métodos Fotométricos

Fundamentos de

Espectroscopia no

Infravermelho

Introdução

O espectro eletromagnético

Introdução

Introdução

INFRARED (IR )

0,78 m a 1000 m

12800 cm

a 10 cm

 =

1



Região Comprimento de

onda (m)

Número de

Onda ( cm

Frequência

(Hz)

IR Próximo 0,78 a 2,5 12800 a 4000 3,8 x 10

14

a 1,2 x 10

14

IR Médio 2,5 a 50 400 a 200 1, 2 x 10

14

a 6,0 x 10

12

IR Distante 50 a 100 200 a 10 6, 0 x 10

12

a 3,0 x 10

11

Mais usados 2,5 a 15 4000 a 670 1,2 x 10

14

a 2,0 x

13

A região do infravermelho pode ser dividida em:

Absorção no IR envolve a interação da componente elétrica oscilante da radiação

eletromagnética com o momento de dipolo oscilante da molécula.

Introdução

INFRARED (IR )

Proporciona um aumento na amplitude de vibração das ligações covalentes entre átomos e

grupos de átomos de compostos orgânicos.

Uma vez que os grupos funcionais possuem arranjos específicos, a absorção de energia IR

por uma molécula orgânica ocorrerá de modo característico para cada tipo de ligação e de

átomos presentes nos grupos funcionais específicos.

Como essas vibrações são quantizadas, os compostos absorvem, Energia IR em regiões

particulares do espectro.

Tipos de Transições

Transições Atômicas

Em um átomo, a mudança de estado induzida pela absorção de radiação pode ser

considerada como a excitação de um elétron de um estado fundamental para um estado

excitado.

(60 a 150 kcal mol

= 251 - 628 kJ mol

)  UV-vis.

Elétrons são excitados para estados mais altos de energia por meio térmico ou elétrico.

Espectros de emissão.

Transições Rotacionais

Baixa energia

≤ 100 cm

(> 100 μm)

IR - distante

Transições Rotacionais - Vibracionais

Há vários níveis rotacionais para cada nível vibracional

IR - médio

Vibrações Moleculares

Os átomos em uma molécula não ficam fixos, mas oscilam continuamente como

consequência das diferentes vibrações e rotações dos diferentes tipos de ligações da

molécula.

Fenômeno na qual a posição e a orientação da molécula no espaço permanece constante,

mas a distância entre os núcleos dos seus átomos modifica-se, preservando o seu centro de

massa.

Pode ser de dois tipos:

 interna: estiramento e deformação;

externa: oscilação, tesoura, balanço e torção

Grau de Liberdade

 As ligações químicas das substâncias possuem frequências de vibração específicas, as

quais correspondem a níveis vibracionais da molécula.

Banda de IV

Variação do momento do dipolo

Vibrações simétricas não provocam absorção de radiação infravermelha

 Nas transições vibracionais ocorre mudança da posição relativa dos átomos na molécula.

Assim, podemos definir os graus de liberdade moleculares e a quantidade de movimentos

vibracionais possíveis

3N- 5

(Molécula linear)

3N- 6

(Molécula não linear)

 As vibrações fundamentais não envolvem alterações na posição do centro de gravidade

da molécula.

Graus de liberdade de uma molécula com N átomos: 3N

 Translacional: 3

 Rotacional: 3 (não linear) ou 2 (linear)

 Vibracional:

Figura: As rotações nos 3N graus de liberdade são (a) duas para linear, ou (b) três para não

linear.

As três vibrações fundamentais da água

3N – 6 (molécula não linear) N= número de átomos

3x3-6 = 3