Spettroscopia IR Classe VA Chimica Prof.ssa A.Percolla

Presentazione sul tema: "Spettroscopia IR Classe VA Chimica Prof.ssa A.Percolla"— Transcript della presentazione:

1 Spettroscopia IR Classe VA Chimica Prof.ssa A.Percolla

2 Lo SPETTRO della LUCE Processo: Transizione degli e- interni
Transizione degli e- esterni Vibazioni. Molecolari Risonanza magnetica nucleare. Eccitazione dei nuclei

3 Unità didattica Spettroscopia Infrarossa Prerequisiti
·        Onde elettromagnetiche e loro caratteristiche ·        Unità di misura e grandezze della radiazione ·        Interazione delle onde elettromagnetiche con la materia atomi e molecole ·        Modi normali e vibrazioni delle molecole ·        Oscillatore armonico ·        Momento di dipolo ·        Interferenza ·        Diffrazione ·        Spettri di assorbimento ·        Natura della radiazione Struttura molecolare delle molecole organiche Conducibilità elettrica nei metalli

4 Unità didattica Spettroscopia Infrarossa Obiettivi
·        Correlare le bande dello spettro con i gruppi funzionali presenti nel composto ·        Identificare i tipi di vibrazioni ·        Saper dare informazioni sulla struttura del composto analizzato e sulle analisi successive.

5 Lo spettrofotometro IR
Una sorgente di luce IR emette una radiazione, la cui intensità, nel passaggio attraverso il campione, viene attenuata alle frequenze corrispondenti all'eccitazione di stati vibrazionali della molecola. La radiazione residua è registrata da un rilevatore e trasformata in uno spettro. La legge di Lambert Beer stabilisce che ad una precisa  e temperatura: Assorbanza = A = c××l = -logT Trasmittanza% = T% = I/Io×100 Dove :I=intensità della radiazione incidente; Io=intensità della radiazione trasmessa)

6 La Spettroscopia Infrarossa
Studia l’assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche da parte delle molecole •L’assorbimento di energia provoca vibrazioni delle molecole (allungamento e accorciamento di legami, variazione degli angoli di legame, rotazioni degli atomi) Non tutti i modi normali di vibrazione sono attivi all’IR: perché una vibrazione sia attiva (cioè ci sia trasferimento di energia dalla radiazione alla molecola) deve variare il momento di dipolo della molecola nel corso della vibrazione

7 Modi Normali Ci interessano solo i modi normali di vibrazione di una molecola Non tutti i modi normali di vibrazione sono attivi all’IR: affinché una vibrazione sia attiva (ci sia trasferimento di energia dalla radiazione alla molecola) deve variare il momento di dipolo della molecola nel corso della vibrazione

8 Ad ogni vibrazione è associata una precisa frequenza
La intensità di un assorbimento IR dipende dalla variazione del momento dipolare provocata dalla vibrazione. (grande variazione del momento dipolare > intensità maggiore) La vibrazione 2 della CO2 non è attiva all’IR perché non comporta variazione del momento di dipolo

9 Strumentazione IR Sorgente: Rivelatori: Filamento di Nerst Termocoppia
Fili di nichel cromo Filamento di ceramica Rivelatori: Termocoppia Rivelatore piroelettrico Monocromatore SORGENTE CAMPIONE monocromatore RIVELATORE ELABORAZIONE DATI

10 Sorgente Filamento di Nerst Globar Sorgenti a filo incandescente
Cilindro1-2mm di diametro ossido di zirconio con l'aggiunta di ossidi di terre rare riscaldati a 1500 ° °C Filamento di Nerst Globar Sorgenti a filo incandescente Candela al carburo di silicio (6-8mm di diametro) riscaldata elettricamente 1500°K richiede un’elevata potenza di alimentazione. Sorgente a più bassa intensità >durata (molto utilizzata) Spirale di Ni cromo riscaldata a 1100K

11 Rivelatori infrarossi
Il rilevatore ha il compito di raccogliere la radiazione incidente e di convertire il segnale da ottico in elettrico Termocoppie (coppia di giunzioni Bi Sb) Termico Piroelettrico Materiale piroelettrico che ha la proprietà di manifestare una tensione elettrica fra due facce opposte quando vengono riscaldate (Solfato di triglicina)

12 IR classico a dispersione
Questi strumenti lavorano per lo più nella configurazione a doppio raggio: un dispositivo (chopper) ripartisce la radiazione continua emessa dalla sorgente in due fasci di uguale intensità. Uno dei fasci viene fatto passare attraverso il campione, l'altro serve come riferimento ed attraversa di solito l'aria e, nel caso di soluzioni, una cella contenente il solvente puro. Dopo l'azzeramento ottico, i due fasci sono nuovamente riuniti. Il monocromatore (prisma o reticolo) scompone la radiazione risultante nelle sue componenti spettrali. Queste possono quindi essere analizzate, secondo le varie lunghezze d'onda, dal rilevatore, nel quale è registrata istante per istante la radiazione monocromatica (scansione). Dopo amplificazione i segnali sono espressi, mediante un registratore, sotto forma di spettro. La registrazione di uno spettro richiede mediamente circa 10 minuti.

13 Monocromatore Consente la scansione delle lunghezze d’onda in successione. Solo i treni d’onda i fase danno interferenza costruttiva Quelli non in fase danno interferenza distruttiva

14 Come ricavare le frequenze caratteristiche
Facendo spettri IR di molti composti noti e guardando dove assorbono, sappiamo le frequenze di assorbimento di questi diversi gruppi. Quindi sono state redatte delle tabelle di questi valori così da permettere a tutti noi di interpretare gli spettri che facciamo.

15 vibrazione range di frequenza (cm-1) carbonile (C=O) stretch Alcooli O-H stretch C-OH stretch C-OH bend nel piano C-OH wag Alcani C-H stretch CH2 wag CH2 rock CH3 wag CH3 twist Alcheni =CH2 stretch =CH2 wag C=C stretch (isomero cis) C=C stretch (isomero trans) Ammine N-H stretch NH2 wag C-N stretch C-N-C scissor Esteri C-O-C stretch asimmetrico O-C-O scissors Nitro composti NO2 stretch simmetrico NO2 stretch asimmetrico NO2 scissors NO2 rock Solfoni SO2 stretch simmetrico SO2 stretch asimmetrico SO2 scissors

16 Frequenza di stretching
/2800 cm-1 stiramenti dei legami X-H X=C,O,N cm-1 stiramenti dei legami tripli cm-1 stiramenti del doppio legame cm-1 stiramenti C-O al di sotto di 1500 cm-1 zone delle impronte digitali

17 Frequenza e intensità di un assorbimento IR

18 IR: preparazione del campione
Solidi: In soluzione: come per i liquidi Dispersi in olio vasellina(nujol) Film solido su pasticca di NaCl. Si ottiene per evaporazione del solvente o fusione e solidificazione; deve essere amorfo o microcristallino. Pasticca di KBr: il campione è miscelato con KBr in polvere, e inserito tra due dischi di metallo all’interno di una pressa.Successivamente vengono sottoposti ad una pressione di circa 100 atm e diventa un disco trasparente Liquidi: Puri: tra due pastiglie cilindriche di NaCl Celle trasparenti all’IR: NaCl, KBr, AgCl .

19 Alcani Es: CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 decano
C-H stretching C-H bending CH2 CH3

20 Alcani Stretching C-H: 3000-2840 cm-1 (comunque <3000 cm-1)
Bending C-H: ds CH cm-1 das CH cm-1 ds CH cm-1 r CH2 720 cm-1 Stretching C-C cm-1 (deboli, non diagnostiche) Bending C-C <500 cm-1 (fuori dalla regione esaminata)

21 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-OH
Alcoli Es: CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-OH 1-esanolo Stretching O-H Stretching C-O CH2 CH3 C-H stretching

22 Alcoli Stretching O-H: 3650-3580 cm-1 (OH libero, banda stretta)
cm-1 (con legami H, banda allargata) Stretching C-O cm-1 (più intenso di un C-C) la frequenza aumenta con la sostituzione e con la simmetria diminuisce con insaturazioni e ramificazioni in a Bending O-H cm-1 (poco diagnostiche) C-H stretching

23 Idrocarburi aromatici
TOLUENE C-H stretching aromatico (CH3) C=C stretching aromatico C-H bending aromatico

24 Idrocarburi aromatici
Ricorda gli alcheni in: Stretching C=C cm-1 cm-1 Stretching C-H: >3000 cm-1 Le bande più diagnostiche sono: Bending C-H fuori dal piano: cm-1 Queste ultime sono bande intense, il loro numero e posizione dipende dal pattern di sostituzione del nucleo aromatico.

25 Grazie per l’attenzione!