TEORIA IR Modelo de una molécula sencilla

Presentación del tema: "TEORIA IR Modelo de una molécula sencilla"— Transcripción de la presentación:

1 TEORIA IR Modelo de una molécula sencilla
IR: Teoría TEORIA IR Modelo de una molécula sencilla Una molécula diatómica puede relacionarse con un muelle unido a dos bolas de masa m. Este es el modelo del oscilador armónico simple. A la distancia del equilibrio d, el muelle tiene una energía potencial relativa cero. cuando éste se estira o comprime, la Ep aumenta describiendo una parábola. Esta curva se denomina potencial armónico

2 TEORIA IR A la distancia del equilibrio d, el muelle
IR: Teoría TEORIA IR A la distancia del equilibrio d, el muelle tiene una energía potencial relativa cero. Cuando éste se estira o comprime, la Ep aumenta describiendo una parábola. Esta curva se denomina potencial armónico

3 TEORIA IR A mayor K, mayor  La frecuencia de vibración u se
IR: Teoría TEORIA IR La frecuencia de vibración u se relaciona con la cte de fuerza K y la masa m por la ecuación: A mayor K, mayor 

4 TEORIA IR Una masa mayor reduce la frecuencia,
IR: Teoría TEORIA IR Una masa mayor reduce la frecuencia, pero la curva no cambia.

5 TEORIA IR La molécula vibra con una Etotal
IR: Teoría TEORIA IR La molécula vibra con una Etotal igual a la Epotencial en la posición estirada o comprimida

6 TEORIA IR Cuando el muelle se estira una
IR: Teoría TEORIA IR Cuando el muelle se estira una cantidad xmax y luego se suelta, éste vibra con una Etotal igual a 1/2Kxmax2. El modelo predice que la molécula puede vibrar a cualquier Energía. Esto es incorrecto para una molécula.

7 TEORIA IR Modelo mécanica cuántica
IR: Teoría TEORIA IR La mecánica cuántica predice las mismas relaciones entre la frecuencia, cte fuerza y la masa que la m.clásica. Sin embargo la m. cuántica predice que la molécula puede vibrar solamente a niveles de energía que se ajustan a la fórmula: Se dice que la energía está cuantizada Modelo mécanica cuántica

8 TEORIA IR En este modelo, una molécula sólo
IR: Teoría TEORIA IR En este modelo, una molécula sólo puede absorber luz de energía igual al espacio entre dos niveles. Además, para un oscilador armónico, estas transiciones sólo ocurren entre un nivel y el siguiente: n =  Esta es la llamada regla de selección.

9 TEORIA IR Por la regla de selección, una molécula
IR: Teoría TEORIA IR Por la regla de selección, una molécula sólo absorbe luz de energía hu. Por lo tanto, el IR de esta mólecula tiene un único pico a la frecuencia de esa energía. A mayor espacio entre los niveles, mayor energía y a la inversa.

10 TEORIA IR Un espectro real es más complicado.
Una molécula no es un oscilador armónico. Cuando los átomos se acercan, se repelen más que un muelle. Cuando se separan se rompe el enlace. Este comportamiento se modaliza con un Potencial no armónico. IR: Teoría

11 TEORIA IR En este modelo, los niveles están
IR: Teoría TEORIA IR En este modelo, los niveles están Igualmente espaciados sólo en la región Que se asemeja al potencial armónico. La regla de selección no se cumple de Manera rigurosa. Una transición n=2, Llamada armónico, corresponde a 2hu

12 TEORIA IR La banda armónica aparece a ua<2u
de la banda fundamental y es menos intensa. A menudo es tan pequeña que no se ve. IR: Teoría

13 La frecuencia u está relacionada con la cte de fuerza K
SUMARIO La frecuencia u está relacionada con la cte de fuerza K y la masa m según: La molécula puede poseer sólo cantidades de E cuantizadas: La molécula absorbe luz IR de energía = hu (fundamental), y de 2hu (armónico). Para que se dé absorción, la molécula debe poseer un dipolo oscilante, y debe variar con la vibración. Moléculas con >de dos átomos tienen espectros IR complejos La frecuencia de la luz debe ser idéntica a la de vibración. IR: Teoría

14 La vibración global se divide en tres movimientos simples:
TEORIA IR La vibración global se divide en tres movimientos simples: modos normales. Moléculas no lineales tienen 3N-6 modos normales. N = nº átomos molécula deformación tensión simétrica antisimétrica IR: Teoría

15 TEORIA IR Cada modo normal da cambio en el momento dipolar.
2 vibraciones tensión se solapan IR: Teoría

16 tensión antisimétrica
TEORIA IR IR: Teoría o.o.p. deformación + - + deformación plano tensión simétrica tensión antisimétrica La molécula lineal CO2 tiene 4 modos normales: Deformación en el plano y fuera del plano Tensión simétrica y antisimétrica.

17 TEORIA IR Pentano: 17 átomos y 45 modos normales
IR: Teoría Pentano: 17 átomos y 45 modos normales !difícil de determinar cada modo normal! Situación se simplifica suponiendo: Cada grupo funcional se trata indpte. Ej. Grupo metilo tiene los mismos modos normales sin tener en cuenta a quien está unido.

18 IR: Teoría TEORIA IR Cada grupo funcional tiene un conjunto de frecuencias de grupo que corresponde con los modos normales para el grupo.

19 Picos < 1400 cm-1 forman parte de la región “huella”.
Muchos de estos picos dependen de la estructura global más que de los grupos funcionales. Huella específica de la molécula. Sirve para identificar con espectros de referencia. TEORIA IR IR: Teoría

20 MODOS NORMALES VIBRACION CH3
V. tensión antisimétrica simétrica un enlace se estira los otros dos se encogen los tres enlaces se estiran en fase IR: Teoría

21 MODOS NORMALES VIBRACION CH3
antisimétrica MODOS NORMALES VIBRACION CH3 V. deformación simétrica paraguas IR: Teoría

22 MODOS NORMALES VIBRACION CH2
IR: Teoría MODOS NORMALES VIBRACION CH2 V. tensión antisimétrica simétrica V. deformación tijera