La espectroscopia infrarroja (IR) proporciona información sobre los modos de vibración de las moléculas. Al analizar los picos de absorción en el espectro IR, podemos extraer información sobre las frecuencias vibratorias fundamentales y las constantes de fuerza.
He aquí cómo:
1. Identificación de los picos de absorción:
- Obtener un espectro IR: Registre el espectro IR de la molécula de interés.
- Localizar los picos de absorción: Identificar los picos en el espectro que corresponden a los modos vibratorios. Estos picos suelen aparecer como caídas en la transmisión de luz IR.
2. Calculando la frecuencia vibratoria fundamental:
- Asignar los picos: Identifique qué pico corresponde al modo vibratorio específico que le interesa. Esto puede implicar consultar bases de datos, cálculos teóricos o compararlos con moléculas similares.
- Convertir números de onda en frecuencia: El espectro IR normalmente se representa en números de onda (cm⁻¹). Para obtener la frecuencia vibratoria (ν) en Hertz (Hz), utilice la siguiente ecuación:
ν =c * ν̃
donde:
* c es la velocidad de la luz (2,998 x 10⁸ m/s)
* ν̃ es el número de onda en cm⁻¹
3. Calculando la constante de fuerza:
- Aplicar el modelo de la Ley de Hooke: Para una molécula diatómica, la frecuencia de vibración se puede relacionar con la constante de fuerza (k) usando la ley de Hooke:
ν =(1 / 2π) * √(k/μ)
donde:
* μ es la masa reducida de la molécula diatómica. Se calcula como:μ =(m₁ * m₂) / (m₁ + m₂)
* m₁ y m₂ son las masas de los dos átomos de la molécula diatómica.
- Resolver para la constante de fuerza: Reorganice la ecuación anterior para obtener la constante de fuerza:
k =4π²μν²
4. Limitaciones y consideraciones:
- Simplificación: El modelo de la ley de Hooke es una simplificación. Asume un potencial armónico, que no siempre es exacto para moléculas reales.
- Anarmonicidad: Las moléculas reales exhiben anarmonicidad, donde la energía potencial no es estrictamente cuadrática. Esto conduce a sobretonos y bandas combinadas en el espectro IR.
- Moléculas poliatómicas: Para las moléculas poliatómicas, el análisis se vuelve más complejo y requiere comprensión de los modos normales y la teoría de grupos.
Ejemplo:
Digamos que tiene una molécula diatómica de CO con un pico de absorción a 2143 cm⁻¹ en su espectro IR.
- Frecuencia: ν =c * ν̃ =(2,998 x 10⁸ m/s) * (2143 cm⁻¹) =6,42 x 10¹³ Hz
- Masa reducida: μ =(12.011 u * 15.999 u) / (12.011 u + 15.999 u) =6.857 u
* Nota:'u' es la unidad de masa atómica, donde 1 u ≈ 1,66054 x 10⁻²⁷ kg.
- Fuerza constante: k =4π²μν² =4π² * (6,857 * 1,66054 x 10⁻²⁷ kg) * (6,42 x 10¹³ Hz)² ≈ 1,90 x 10³ N/m
Nota: La constante de fuerza proporciona información sobre la fuerza del enlace en la molécula. Una constante de fuerza más alta indica una unión más fuerte.
Conclusión:
Al analizar el espectro IR, podemos obtener las frecuencias vibratorias fundamentales y estimar las constantes de fuerza de las moléculas. Esta información es crucial para comprender la estructura y la dinámica de las moléculas y tiene aplicaciones en diversos campos como la química, la ciencia de los materiales y la bioquímica.
