espectroscopia de infravermelho
A espectrometria infravermelha é extremamente útil para determinações qualitativas de compostos orgânicos e para deduzir estruturas moleculares de seus grupos funcionais de compostos orgânicos e inorgânicos.
Na análise qualitativa, a espectroscopia de infravermelho pode ser usada para a identificação de substâncias puras ou para a absorção, localização e identificação de impurezas.
Para localizar uma impureza em uma substância, é feita uma comparação entre o espectro da substância em estudo e uma amostra da substância pura. As impurezas fazem com que bandas de absorção adicionais apareçam no espectro.
No IR também estão encontrando uso crescente em análises quantitativas, o principal campo de aplicação desse tipo de análise é na quantificação de poluentes atmosféricos provenientes de processos industriais.
Uma parte do espectro eletromagnético que se estende de 0,8 a 1000μm (que corresponde ao número de onda entre 12800 e 10 cm-1), é considerada a região do infravermelho que é dividida em três regiões denominadas:
a).- IR próximo. b).- IR fundamental ou médio c).- IR distante
Cada tipo de ligação absorve a radiação infravermelha em uma frequência diferente, o que permite determinar que tipo de grupos funcionais a molécula em estudo possui. Espectrofotômetros infravermelhos trabalham no infravermelho médio e escaneiam de 4000 c m − 1 a 400 c m − 1
No entanto, a região de importância analítica é a região IR fundamental, pois a maioria dos instrumentos infravermelhos cobre essa região.
A maioria dos materiais orgânicos e inorgânicos demonstra absorção e o espectro é causado principalmente pelo alongamento e flexão vibracional dentro da molécula. O espectro infravermelho é uma das propriedades mais características de um composto, pois não existem dois espectros idênticos para dois compostos diferentes, é como uma impressão digital.
Dentro da região IR Fundamental existem duas regiões, uma delas é a chamada
os grupos funcionais de 4000 cm-1 a 1300 cm-1, e a região dos dedos de 1300 cm-1 a 670 cm-1.
Na região dos grupos funcionais, a posição do pico de absorção é maior ou menor dependendo apenas do grupo funcional onde chega a absorção e não da estrutura molecular completa. A posição dos picos na região do dedo depende da estrutura molecular completa.
Características que uma vibração deve ter para produzir uma banda de absorção:
A radiação incidente deve ter uma frequência igual à frequência da vibração que vai produzir.
Que a vibração resultante produza uma mudança no momento de dipolo, ou seja, a vibração não absorverá a radiação infravermelha, se não houver mudança no momento de dipolo é chamada de vibração inativa e eles estarão ativos quando houver essa mudança no dipolo momento.
Tradicionalmente, o eixo x do espectro infravermelho usa o número de ondas ( ν ¯ , leia-se "nu bar"') e é definido como o inverso do comprimento de onda em cm. ν ¯ = 1 λ . O eixo y representa a porcentagem de radiação transmitida (transmitância) que é representada por % T . A forma do espectro infravermelho do hexano é mostrada abaixo.
As bandas representam áreas onde as ligações da molécula absorvem a radiação infravermelha. Nas bandas a transmitância é pequena e a absorbância é grande.
tipos de vibração
Vibração de tensão (alongamento). Os átomos mantidos juntos por ligações simples, duplas ou triplas movem-se na direção da ligação, assim como duas massas ligadas a uma mola oscilam.
Existem dois modos de vibração de tensão: simétrica e assimétrica.
vibração de flexão. Os átomos vibram de modo que os ângulos variam, mas os comprimentos das ligações não. Existem quatro modos de vibração de flexão: tesoura, balanço, balanço e torção.
Esses dois modos de vibração ocorrem no plano que contém os três átomos que participam da vibração.
Os modos de vibração de passo e torção ocorrem fora do plano (Out of plane) e geralmente são representados por Oop.
oscilador harmônico quântico
As vibrações moleculares podem ser estudadas com o modelo do oscilador harmônico quântico. A energia é dada por:
Os diferentes níveis de energia são dados pelo número quântico v, que assume valores 0.1.2.3.4.....
h é a constante de Planck e ν é a frequência do oscilador que é dada pela expressão:
onde k é a constante de força da mola e μ a massa reduzida do sistema
Dividindo a frequência pela velocidade da luz dá o número de ondas ν ¯
A equação acima indica que pequenas massas reduzidas (átomos de baixa massa) e altas constantes de força (ligações fortes) levam a altas frequências. Nessas condições, as bandas de absorção surgem em números de onda altos.
Como pode ser visto no gráfico, altas frequências dão origem a um maior espaçamento entre os níveis de energia.
Frequências de baixa absorção
A equação acima também indica que grandes massas reduzidas e pequenas constantes de força (ligações fracas) levam a baixas frequências. Nessas condições, as bandas de absorção aparecem em números de onda baixos.
Como pode ser visto no gráfico, as baixas frequências dão origem a um menor espaçamento entre os níveis de energia.
Principais vibrações moleculares
espectro IR
Em um espectro infravermelho, a frequência (em número de onda) é plotada em relação à porcentagem de luz transmitida (transmitância). A porcentagem de transmitância é definida como o quociente entre a intensidade da luz transmitida através da amostra, I M , e a intensidade da luz do feixe de referência I R multiplicado por 100.
Espectro IR de alcanos
• Deformação CH: os alcanos exibem vibrações de deformação CH ligeiramente abaixo de 3000 c m − 1
• Flexão de CH: os CH 2 da cadeia apresentam vibrações de flexão (tesoura) em 1465 cm − 1 , enquanto os metils produzem uma banda em 1375 c m − 1 devido à vibração de flexão simétrica e outra em 1450 cm − 1 devido a vibração de flexão assimétrica. Todas as bandas de flexão são de média intensidade.
Observe que a banda de flexão assimétrica do metil se sobrepõe à banda de flexão em tesoura do CH 2 .
Espectro IR de hexano
Espectro de 2,2-dimetilbutano
A presença do grupo terc-butila produz a divisão da banda de flexão simétrica em duas bandas em 1390 e 1370 c m − 1 . A banda em 1390 é metade da banda em 1370.
Espectro IR de cicloalcanos
Os cicloalcanos têm um espectro de IV muito semelhante aos alcanos com uma banda de estiramento CH ligeiramente abaixo de 3000 c m − 1 e uma banda de flexão CH em tesoura para CH 2 em 1465 c m − 1 . A principal diferença com os alcanos é a ausência da banda simétrica de metil. 
Observe a ausência da banda de flexão metil simétrica que os alcanos apresentam em 1375 c m − 1 .
Espectro IR de alcenos
• Tensão C(sp2)-H: 3100 -3000 cm-1
• Tensão C=C: 1600 cm-1
• Flexão fora do plano (oop) da ligação C=CH: 1000 - 650 cm-1. Este tipo de banda permite conhecer o grau de substituição do alceno.
Espectro de 1-penteno
Em alcenos monossubstituídos, como o 1-penteno, as dobras CH fora do plano produzem duas bandas localizadas em 1005-985 e 920-900 c m − 1 .
Estereoquímica e espectroscopia de infravermelho de alcenos
Os alcenos cis-dissubstituídos apresentam uma banda de flexão CH fora do plano que permite distingui-los. Esta banda aparece entre 725-675 c m − 1
Espectro de Cis-3-hexeno
Espectro de Trans-3-hexeno
Os alcenos trans-dissubstituídos apresentam uma forte banda de absorção entre 980-965 c m − 1 que permite sua identificação. Observe a ausência total da banda de tensão C=C em 1600 c m − 1 devido à falta de polaridade.
Cepa do Anel: Ligações Endocíclicas C=C
À medida que o tamanho do anel diminui, a banda de tensão das ligações C=C se move em direção a um número menor de ondas. A exceção do ciclopropeno é atribuída ao acoplamento entre as vibrações de tensão das ligações C=C e CC. Este acoplamento não ocorre no ciclobuteno porque as ligações C=C e CC são perpendiculares entre si.
espectro IV do ciclopenteno 
Tensão ≡ C − H : 3300 c m − 1
Tensão − C ≡ C − : 2150 c m − 1 . Alcinos simétricos não apresentam esta banda, sendo muito fracos nas internas. A conjugação reduz ligeiramente o valor.
espectro de 1-hexina
Espectro IR de aromáticos
Tensão =CH: 3100 cm-1
Tensão -C=C-: 1600 e 1475 cm-1
Flexão = CH fora do plano: 900-690 cm-1
As vibrações oop juntamente com os harmônicos e bandas de combinação que aparecem entre 2000 e 1667 cm-1 permitem conhecer o grau de substituição do benzeno.
bandas de substituição
Espectros de álcoois e fenóis
Tensão OH: Banda larga de 3500 a 3200 cm-1. Na ausência de ligação de hidrogênio, aparece como um pico agudo em 3650-3600 cm-1.
Tensão de CO: Banda entre 1250-1000 cm-1. Permite distinguir entre álcoois primários (1050 cm-1), secundários (1100 cm-1), terciários (1150 cm-1) e fenóis (1220 cm-1).
Espectro IV de um álcool primário (metanol)
No espectro do metanol podemos observar a banda de tensão OH muito larga, devido à formação de pontes de hidrogênio. A banda de tensão do CO sai com um número de onda baixo (1030) porque é um álcool sem substituintes.
Espectro IV de álcoois secundários (2-pentanol)
Observe o deslocamento da banda do CO em direção a um maior número de ondas em relação ao metanol.
Espectro IV de álcoois terciários (2-metil-2-propanol)Os álcoois terciários têm a banda de CO deslocada para frequências mais altas do que os álcoois primários e secundários.
O fenol apresenta uma banda de absorção de CO acima de 1200 cm-1
O espectro a seguir mostra a banda de estiramento OH na ausência de ligação de hidrogênio.
Os éteres alquil vinílicos (CH2=CH-OR) apresentam duas bandas em 1220 e 850 cm-1. Este último muito fraco.
Os éteres aril alquílicos (Ar-OR) apresentam duas bandas em 1250 e 1040 cm-1
Espectro IV de 1-metoxihexano
O éter etilvinílico apresenta duas bandas em 1220 e 850 cm-1, sendo esta última muito fraca.
Metoxibenzeno apresenta duas bandas em 1250 e 1040 cm-1
aldeídos
Tensão C=O: 1725 cm-1
Cepa carbonila CH: duas bandas fracas em 2850 e 2750 cm-1. A banda em 2850 tende a se sobrepor com a da tensão C(sp3)-H
C=O Sobretom de tensão acima de 3500 cm-1.
Tensão C=O: Banda intensa em 1715 cm-1.
Flexão C-CO-C: 1300 - 1100 cm-1.
Sobretom de tensão C=O: de 3500 a 3350 cm-1.
Efeito da conjugação na banda de tensão C=O
Espectro IV de ácidos carboxílicos e derivados
ácidos carboxílicos
Tensão OH: De 3400 a 2400 cm-1. Muito larga devido à formação de pontes de hidrogênio.
Tensão C=O: 1730-1700 cm-1
Tensão de CO: 1320-1200 cm-1
Flexão COH (oop): Banda em forma de sino a 900 cm-1
ésteres
Tensão C=O em 1735 cm-1. Se houver ligações duplas conjugadas com a carbonila, a banda muda para valores mais baixos. Quando a ligação dupla está no grupo alcoxi (-OR) do éster, observa-se um deslocamento para valores mais altos.
Tensão de CO: 2 bandas em 1300 e 1000 cm-1. Sendo mais amplo e intenso o observado em 1300.
haletos ácidos
Tensão C=O: 1810 - 1775 cm-1
Tensão C-Cl: banda intensa 730 - 550 cm-1
Ressonância de Fermi
Harmônicos são transições vibracionais do estado fundamental para estados excitados superiores. As frequências de absorção estão sendo a frequência da absorção fundamental. A ressonância de Fermi resulta do acoplamento de uma banda de absorção fundamental com um harmônico ou uma banda de combinação.
Haletos de alcanoíla aromáticos exibem duas bandas de tensão C=O por ressonância de Fermi.
Nitrilos
amidas
Tensão C=O: 1680 - 1630 cm-1
Tensão NH: Entre 3350 e 3180 cm-1. As amidas primárias têm duas bandas, enquanto as amidas secundárias têm apenas uma banda.
Flexão NH: 1640 - 1550 cm-1
Espectro IR de aminas
Tensão NH: entre 3500 e 3300 cm-1. As aminas primárias apresentam duas bandas (simétricas e assimétricas), as secundárias apenas uma banda.
Flexão de NH: Aminas primárias duas bandas em 1640 e 1560 cm-1. Secundários uma banda em 1500 cm-1
Espectro IR de 1-hexano-amina
Espectro IV de haletos de alquila
Tensão C-Cl: 785 - 540 cm-1
Ension C-Br: 650 - 510 cm-1
Fontes recomendadas para expandir a pesquisa:
1. Aga Fano SA Espectroscopia de Emissão. (Acessado em 10 de setembro de 2007). http://hiq.aga.com.co/International/Web/LG/CO/likelgspgco.nsf/DocByAlias/anal_icp .
2. Alonso, P. et al. química Cou..Ed. McGraw-Hill. 1990.
3. Álvarez Jiménez, MD e Gómez del Río, MI Guia Didático Química Analítica II. UNED. 1999.
4. Chegadas Jimeno Siro; Burriel Barceló Fernando; Hernández Mendez Jesus; Lucena Conde Felipe. Química Analítica Qualitativa. ISBN: 8497321405. ISB. 2006.
5. Ayres, Gilbert H. Análise Química Quantitativa. Edições do Castelo, 4ª ed . ISBN: 8421902806. 1981. See More
6. Bermejo Barrera. M del Pilar. Química analítica geral, quantitativa e instrumental. Editorial Paraninfo. 7ª Edição. ISBN: 8428318093. 1990.
7. Blanco, M., Cerdá, V. e Sanz Medel, A., Espectroscopia Atômica Analítica, Publicações da Universidade Autônoma de Barcelona. 1990.
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9. Burriel, MF, Lucena, CF. Química Analítica Quantitativa. Edição Revolucionária. Havana.1978.
10. Burriel, F. Química Analítica Qualitativa. Editorial Paraninfo. ISBN: 8497321405. pp 1072. , 2003.
