Principi Fondamentali della Spettroscopia Infrarossa e Preparazione dei Campioni
Mappa concettuale
La spettroscopia infrarossa (IR) analizza l'assorbimento di radiazioni per studiare le strutture molecolari. Tecniche di preparazione dei campioni e interpretazione degli spettri IR rivelano dettagli sui legami chimici e gruppi funzionali, essenziali per la ricerca scientifica e l'analisi dei materiali.
Riassunto
Schema
Principi Fondamentali della Spettroscopia Infrarossa e Preparazione dei Campioni
La spettroscopia infrarossa (IR) è una tecnica analitica che sfrutta l'assorbimento di radiazioni infrarosse da parte delle molecole per studiarne la struttura. Quando una molecola assorbe radiazione IR, i suoi legami chimici vibrano in modi specifici che dipendono dalla massa atomica e dal tipo di legame. Queste vibrazioni producono uno spettro IR unico per ogni sostanza, che può essere utilizzato per identificarla o per analizzarne la composizione. Nella preparazione dei campioni per l'analisi IR, è comune utilizzare il bromuro di potassio (KBr), che è trasparente alle radiazioni IR e non interferisce con lo spettro del campione. Il campione viene macinato con KBr e pressato in una pastiglia trasparente all'IR, che viene poi analizzata. Sebbene questa tecnica sia efficace, il recupero del campione puro dopo l'analisi può essere difficile a causa della sua dispersione nel KBr.Interpretazione degli Spettri IR e Caratteristiche Molecolari
L'interpretazione degli spettri IR si basa sull'analisi di posizione, intensità e forma delle bande di assorbimento. La posizione delle bande, misurata in numero d'onda (cm^-1), è correlata alle frequenze di vibrazione specifiche dei legami chimici e gruppi funzionali nella molecola. L'intensità delle bande, spesso espressa come trasmittanza percentuale, fornisce informazioni sulla quantità di radiazione IR assorbita e può indicare la concentrazione del gruppo funzionale. La forma delle bande può rivelare dettagli sulla purezza del campione e sulle interazioni molecolari. Bande strette e ben definite suggeriscono un ambiente chimico uniforme, mentre bande larghe possono indicare la presenza di legami a idrogeno o di altri tipi di interazioni. La presenza di spalle o picchi secondari può essere indicativa di vibrazioni sovrapposte o di gruppi funzionali simili.Zone Spettrali e Identificazione dei Gruppi Funzionali
Gli spettri IR sono divisi in zone che corrispondono a specifiche vibrazioni molecolari. La regione da 3500 a 2500 cm^-1 è tipicamente associata allo stretching dei legami X-H, dove X può essere un atomo di carbonio, ossigeno, azoto o zolfo. Le vibrazioni di tripli legami e doppi legami cumulati si trovano generalmente tra 2500 e 1900 cm^-1. Le vibrazioni di stretching dei doppi legami e le vibrazioni di piegamento dei legami N-H (tipiche delle ammidi) si situano tra 1800 e 1500 cm^-1. La regione sotto i 1500 cm^-1 è nota come "zona dell'impronta digitale", caratterizzata da un pattern di assorbimento complesso e unico per ogni molecola, che fornisce un potente strumento per l'identificazione molecolare. Ad esempio, un picco nitido a 1700 cm^-1 è indicativo della presenza di un gruppo carbonilico.Analisi degli Alcani e dei Sistemi Aromatici
Nello studio degli alcani, le vibrazioni di stretching dei legami C-H si manifestano tipicamente tra 3000 e 2800 cm^-1. I legami C-H alifatici, caratterizzati da atomi di carbonio ibridati sp^3, producono bande di assorbimento al di sotto dei 3000 cm^-1. La presenza di un gruppo aldeidico può essere rilevata attraverso la risonanza di Fermi, che si manifesta con due bande di assorbimento tra 2900 e 2700 cm^-1. Nei sistemi aromatici, i legami C-H degli atomi di carbonio ibridati sp^2 mostrano bande di stretching leggermente al di sopra dei 3000 cm^-1. Le bande di piegamento fuori dal piano dei legami C-H aromatici sono influenzate dalla sostituzione sull'anello aromatico e possono fornire informazioni sulla struttura e sulla posizione dei sostituenti.Identificazione di Alcoli, Eteri, Ammine e Gruppi Carbonilici
Nei composti contenenti legami H-eteroatomo come alcoli, eteri e ammine, le vibrazioni di stretching si osservano intorno ai 3000 cm^-1. Gli alcoli presentano una banda caratteristica per lo stretching del legame O-H intorno a 3500 cm^-1, che può essere larga a causa della formazione di legami a idrogeno. Negli acidi carbossilici, questa banda si allarga ulteriormente e può apparire come un doppio picco a causa della dimerizzazione. La banda di stretching del gruppo carbonilico è una delle più intense e diagnostiche nello spettro IR, con una posizione che varia in base alla natura del gruppo carbonilico e alle interazioni elettroniche. Ad esempio, i gruppi donatori di elettroni tendono a spostare la banda verso numeri d'onda più bassi, mentre i gruppi attrattori di elettroni la spostano verso numeri d'onda più alti.
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Spettroscopia Infrarossa
Assorbimento di radiazioni infrarosse da parte delle molecole
Le molecole assorbono radiazioni infrarosse in modo specifico in base alla loro struttura e ai legami chimici presenti
Vibrazioni molecolari e spettro IR
Posizione delle bande di assorbimento
La posizione delle bande di assorbimento nello spettro IR è correlata alle frequenze di vibrazione dei legami chimici e dei gruppi funzionali presenti nella molecola
Intensità delle bande di assorbimento
L'intensità delle bande di assorbimento nello spettro IR fornisce informazioni sulla quantità di radiazione assorbita e sulla concentrazione dei gruppi funzionali presenti nella molecola
Forma delle bande di assorbimento
La forma delle bande di assorbimento nello spettro IR può rivelare informazioni sulla purezza del campione e sulle interazioni molecolari presenti
Preparazione dei campioni per l'analisi IR
Il bromuro di potassio viene spesso utilizzato per preparare i campioni per l'analisi IR, poiché è trasparente alle radiazioni IR e non interferisce con lo spettro del campione
Interpretazione degli Spettri IR e Caratteristiche Molecolari
Analisi delle bande di assorbimento
L'interpretazione degli spettri IR si basa sull'analisi di posizione, intensità e forma delle bande di assorbimento
Posizione delle bande di assorbimento
La posizione delle bande di assorbimento nello spettro IR è correlata alle frequenze di vibrazione dei legami chimici e dei gruppi funzionali presenti nella molecola
Intensità delle bande di assorbimento
L'intensità delle bande di assorbimento nello spettro IR fornisce informazioni sulla quantità di radiazione assorbita e sulla concentrazione dei gruppi funzionali presenti nella molecola
Forma delle bande di assorbimento
La forma delle bande di assorbimento nello spettro IR può rivelare informazioni sulla purezza del campione e sulle interazioni molecolari presenti
Zone Spettrali e Identificazione dei Gruppi Funzionali
Divisione degli spettri IR in zone
Gli spettri IR sono divisi in zone che corrispondono a specifiche vibrazioni molecolari
Regioni spettrali e gruppi funzionali
Regioni spettrali e legami X-H
La regione da 3500 a 2500 cm^-1 è associata allo stretching dei legami X-H, dove X può essere un atomo di carbonio, ossigeno, azoto o zolfo
Vibrazioni di tripli legami e doppi legami cumulati
Le vibrazioni di tripli legami e doppi legami cumulati si trovano generalmente tra 2500 e 1900 cm^-1
Vibrazioni di stretching dei doppi legami e piegamento dei legami N-H
Le vibrazioni di stretching dei doppi legami e le vibrazioni di piegamento dei legami N-H si situano tra 1800 e 1500 cm^-1
Zona dell'impronta digitale
La regione sotto i 1500 cm^-1 è nota come "zona dell'impronta digitale" e fornisce un pattern di assorbimento unico per ogni molecola, utile per l'identificazione molecolare
Identificazione dei gruppi funzionali
Gli spettri IR possono essere utilizzati per identificare i gruppi funzionali presenti nelle molecole in base alla posizione delle bande di assorbimento
Analisi degli Alcani e dei Sistemi Aromatici
Vibrazioni dei legami C-H negli alcani
Le vibrazioni dei legami C-H negli alcani si manifestano tipicamente tra 3000 e 2800 cm^-1
Vibrazioni dei legami C-H nei sistemi aromatici
Nei sistemi aromatici, le vibrazioni dei legami C-H degli atomi di carbonio ibridati sp^2 si osservano leggermente al di sopra dei 3000 cm^-1
Bande di piegamento fuori dal piano nei sistemi aromatici
Le bande di piegamento fuori dal piano dei legami C-H aromatici possono fornire informazioni sulla struttura e sulla posizione dei sostituenti presenti nell'anello aromatico
Principi Fondamentali della Spettroscopia Infrarossa e Preparazione dei Campioni
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00
La ______ infrarossa è un metodo analitico che utilizza l'assorbimento di radiazioni IR per esaminare la struttura molecolare.
spettroscopia
01
Dopo l'analisi IR, può essere complicato recuperare il campione puro a causa della sua miscelazione con il ______.
KBr
02
Posizione bande IR
Correlata a frequenze vibrazionali specifiche dei legami e gruppi funzionali; misurata in numero d'onda.
