Rodrigo Ricardo

Espectroscopia infrarroja e identificación de moléculas

Publicado el 31 octubre, 2020

Espectroscopia infrarroja

Podemos utilizar la espectroscopia de infrarrojos (IR) como una herramienta para ayudar a identificar moléculas y determinar su estructura molecular. Pero, ¿cómo entendemos el resultado? Parece un montón de líneas y curvas. ¿Qué tienen que ver estas líneas con los alquenos, los ácidos carboxílicos y otros grupos químicos? Cuando entendemos cómo leer una salida de infrarrojos, podemos identificar patrones que pueden ser útiles para identificar la estructura.

El IR funciona vibrando las moléculas y luego midiendo cuánto se doblan o se estiran. Cuanto más rápido o más se doblen y estiren, se observará un pico más alto y más fuerte. Entonces, la salida es el número de onda en el eje xy el% de transmitancia en el eje y. La IR es sobre todo útil para determinar qué grupos funcionales están presentes. Es difícil saber a partir de un espectro IR cómo está orientada la molécula.


El resultado de la espectroscopia de infrarrojos puede parecer muy confuso con un montón de curvas y líneas, pero al comprender lo que significa, a menudo podemos identificar la molécula;
aquí se muestra el bromometano
Espectro de bromometano

La porción de un espectro IR que se usa más fácilmente es la porción por encima de 1400 / cm (también escrito 1400 cm-1) porque los picos y las curvas son más obvios de identificar. Por debajo de 1400 / cm se denomina región de huellas dactilares . Esta región es útil para comparar un compuesto desconocido con un espectro IR conocido para ver si son iguales, pero dado que las bandas pueden superponerse tanto, es difícil saber qué está sucediendo realmente. Si un compuesto no coincide perfectamente con la región de la huella dactilar, entonces podría ser una mezcla impura.

Grupos funcionales

Lo primero que debemos entender al leer la salida IR son los grupos funcionales. Los grupos funcionales son grupos moleculares específicos que a menudo se encuentran en moléculas y pueden identificarse fácilmente. Estos incluyen alcanos, alquenos, alcoholes, aminas, ácidos carboxílicos, grupos de fósforo y halógenos. Cada grupo funcional tiene una longitud de onda específica que se muestra en la salida.

Por ejemplo, los alcanos (o más específicamente el enlace CH sp3) tendrán un pico alrededor de 2850-3000 / cm que se verá como una combinación de 2-3 bandas. Pero un alqueno (o el enlace CH sp2) tendrá un pico alrededor de 3020-3100 / cm y un alquino (el enlace CH sp) tendrá un pico por encima de 3300 / cm. El CH del aldehído tendrá una banda doble alrededor de 2690-2840 / cm y el C = O del aldehído mostrará una banda a 1720-1740 / cm.

Esta tabla muestra algunos de los grupos funcionales más comunes y el rango de IR asociado.

Tabla de grupos funcionales IR

Espectro de ejemplo

Veamos primero este espectro de infrarrojos:

Espectro de infrarrojos de etanol

Vemos que hay una curva muy amplia a 3358 / cm. Esta amplia curva en el extremo superior del espectro es muy indicativa de un alcohol. Si este alcohol es parte de otro grupo funcional (como un ácido carboxílico), entonces estará un poco más bajo en el espectro y habrá otras bandas para identificar de qué grupo funcional es.

A continuación, vemos varios picos a 2974 / cm, 2927 / cm y 2887 / cm. Dado que estas son bandas estrechas en el rango de 2850-3000 / cm, sabemos que son de alcanos.

Entonces sabemos que esta molécula tiene un alcohol y alcanos. Entonces, podría ser metanol, etanol, propanol, 2-propanol, etc. Entonces, ¿cómo determinamos cuántos alcanos hay y dónde se encuentra el alcohol? Esto proviene de mirar las bandas en la región de huellas dactilares. Estas bandas le dicen la configuración exacta, pero comienzan a superponerse demasiado para poder realmente decir dónde comienza un pico y termina otro. En su lugar, simplemente podemos compararlo con varios espectros de alcohol conocidos. Veremos cuando comparemos este espectro con un espectro de etanol que el área de la huella digital coincidirá. Si casi coincide, pero no del todo, todavía podemos decir que es etanol, pero con impurezas.

IR y calentamiento global

La espectroscopia IR utiliza el hecho de que diferentes enlaces absorben la radiación IR a diferentes velocidades para poder medir esa velocidad y determinar qué enlaces están presentes. Esto no es algo que solo ocurre en un laboratorio; esto también ocurre naturalmente en el mundo que nos rodea.

A la luz del sol tenemos radiación IR, y cuando golpea la tierra, estos rayos rebotan. Estos rayos pueden luego ser absorbidos por los enlaces en moléculas particulares como dióxido de carbono, vapor de agua, metano y óxido nitroso. Si piensa en los enlaces que están presentes en cada una de estas moléculas, se dará cuenta de que absorben la radiación IR a niveles muy altos, por lo que son capaces de absorber gran parte de la radiación IR, lo que conduce al calentamiento global.

Resumen de la lección

La espectroscopía infrarroja (IR) expone las moléculas a la luz infrarroja y luego mide cuánto vibra cada molécula y absorbe la radiación. A continuación, la salida muestra el gráfico que muestra en qué longitudes de onda hubo la mayor absorción. Al saber exactamente cuánto absorbe cada tipo de grupo funcional , podemos tener una idea bastante clara de cómo se ve la molécula. La porción del espectro por debajo de 1400 cm-1 (también escrita 1400 / cm) se vuelve muy complicada, pero es única para cada tipo de molécula, por lo que se denomina región de huellas dactilares . Esta región nos permite comparar un espectro con otro para determinar qué molécula es o si hay impurezas.

Los gases de efecto invernadero, como el vapor de agua y el dióxido de carbono, pueden absorber la mayoría o la totalidad de los rayos infrarrojos emitidos por la luz solar, lo que puede provocar el calentamiento global.

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