Introdução Infravermelho

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Espectroscopia no 
Infravermelho
(introdução)
Radiação Eletromagnética
Espectro Electromagnético
Infravermelho (IV)
Infravermelho
Energia 
• Todos os comprimentos de onda do espectro
electromagnético têm associados uma certa
quantidade de energia, dada por:
• Onde: h = cte. Plank, c = vel. Luz, l =
comprimento de onda
l

c
h
hE


 
Escala
• Comprimento de onda (l)
mm = 10-6m
• Número de onda ( )
)(
1
)( 1
cm
cm
l
 
Escala
• A região do infravermelho se dá entre
4000 e 400cm-1.
• Energia varia de 4,8kJ.mol-1 a 48,0kJ.mol-1
• Há interacção entre a radiação e as
moléculas.
Absorção de Radiação
• A radiação electromagnética pode interagir 
com a matéria, sendo assim absorvida.
• Exemplo:
Transição electrónica
(radiação visível)
Efeito da Absorção no IV
• A radiação infravermelha quando
absorvida, fornece energia suficiente
apenas para alterar as vibrações entre os
átomos em uma molécula.
• Exemplo:
H-F
Tipos de Vibração
• Existe um grande número de vibrações possíveis. As mais
comuns são:
– Estiramentos axiais:
• Estiramento simétrico
• Estiramento assimétrico
– Deformação angular:
• Angular simétrica no plano (tesoura)
• Angular assimétrica no plano (balanço)
• Angular simétrica fora do plano (torção)
• Angular assimétrica fora do plano (abano)
Deformação axial 
simétrica/assimétrica
Angular simétrica no plano 
(tesoura)
Angular simétrica fora do plano 
(torção)
Angular assimétrica fora do plano 
(abano)
Angular assimétrica no plano 
(balanço)
Todos
Resultado da Absorção
• Quando uma molécula absorve a radiação
Infravermelha, passa para um estado de
energia excitado.
• A absorção se dá quando a energia da
radiação IV tem a mesma freqüência que
a vibração da ligação.
• Após a absorção, verifica-se que a
vibração passa a ter uma maior amplitude.
Requisitos para Ocorrer Absorção 
no Infravermelho
• Nem toda molécula absorve no
infravermelho.
• É necessário que o momento de dipolo da
ligação varie em função do tempo.
• Ligações químicas simétricas não
absorvem no IV (Exemplos: H2, Cl2, O2)
Moléculas Simétricas
• Verifica-se também que moléculas
simétricas, ou praticamente simétricas se
mostrarão inativas no Infravermelho.
• Exemplos:
H3C
C C
CH3
CH3H3C
H3C C C CH3
INSTRUMENTAÇÃO
Espectrofotómetro de absorção típico
Consistem de cinco seções principais:
Fonte de Radiação.
Área de amostras. 
Combinador de Feixe.
Rede de Difracção.
Detector.
Fonte
Amostra
Referência
Combinador 
de Feixe
Rede de 
Difracção
Detector
Interferograma
INSTRUMENTAÇÃO
A radiação IV é produzida por uma fonte aquecida electricamente.

O feixe de radiação produzido pela fonte é dividido por dois
espelhos. Cada um dos feixes é focalizado na área de amostras
com auxilio de outros dois espelhos. No compartimento, os feixes
atravessam células, uma correspondendo a um material de
referência e outra á amostra desconhecida. Obturadores montados
no compartimento da fonte permitem bloquear um ou outro feixe.

A área de amostras de um espectrofotómetro permite acomodar
uma grande variedade de acessórios para a medida de gases,
líquidos e sólidos.
INSTRUMENTAÇÃO
Após incidir na referência e na amostra, a fração de radiação
transmitida é comparada no fotômetro, a parte do aparelho responsável
por indicar a diferença de energia entre amostra e referência, através
da radiação pulsante.

O monocromador, dispersa a luz proveniente da fonte em diferentes
comprimentos de onda. O dispositivo permite isolar bandas de
comprimento de onda geralmente muito mais estreitas que as obtida
por filtros, sendo formado por um elemento de dispersão, que pode ser
um prisma ou uma rede de difração, junto com duas fendas estreitas
que servem como aberturas de entrada e de saída de radiação.
INSTRUMENTAÇÃO
Por meio de um movimento circular, a rede de difracção focaliza no
detector, um a um, todos os comprimentos de onda separadamente
(4.000 cm-1, 3.999 cm-1, 3.998 cm-1, 3.997 cm-1), e assim
sucessivamente até completar a varredura.
INSTRUMENTAÇÃO
O espectro final será semelhante ao da figura (um interferograma):
Picos aparecem nos valores 1550 cm-1, 1080 cm-1 e 610 cm-1, onde a 
molécula absorve a radiação.
Utilidade do Infravermelho
• Uma vez que cada tipo de ligação covalente
apresenta uma frequência de vibração natural
peculiar, então duas moléculas diferentes não
deverão apresentar um comportamento idêntico
de absorção no infravermelho, ou Espectro de
Infravermelho.
Uso da Espectroscopia no 
Infravermelho
• Determinar informações estruturais sobre 
uma molécula.
• As absorções de cada tipo de ligação,(p. 
ex. N-H; C-O; O-H; C-X; C=O;C-O; C-C; 
C=C; C C; C N), são comummente 
encontradas em uma pequena porção da 
região do infravermelho.
Propriedades das Ligações
• Frequência de vibração ()
m

k
c2
1

21
21
mm
mm

m
K = força corresponde 
•Vários modelos são propostos para explicar o comportamento vibracional das
moléculas, porém, nenhum deles é tão eficiente quanto o do oscilador
harmónico.
m1 m2
k
Efeito da Força de Ligação
• Em geral ligações triplas são mais fortes
que ligações duplas que é mais forte que
ligação simples.
• Essa força corresponde ao parâmetro “k”
da equação
• Assim: maior o k, maior a freqüência
m

k
12,4
Exemplos
C C C = C C – C
2150cm-1 1650cm-1 1200cm-1
Aumentando k
Efeito das Massas
• A medida que o átomo ligado, por
exemplo, a um átomo de carbono,
aumenta em massa, a frequência de
vibração diminui.
• Essas massas correspondem ao
parâmetro m na equação
• Assim: maior massa, menor frequência
m

k
12,4
Exemplos
C-H C-C C-O C-Cl C-Br C-I
3000cm-1 1200cm-1 1100cm-1 750cm-1 600cm-1 500cm-1
Aumentando m
Movimento de Deformação
• O movimento de deformação se dá em
menor energia (menor frequência) que um
movimento de estiramento típico, porque
apresenta menor valor para a constante
de força k.
• Exemplo:
C – H (estiramento) C – H (deformação)
~ 300cm-1 ~1340cm-1
Efeito de Hibridação
• A hibridação afecta a constante de força,
k. Ligações são mais fortes na ordem:
sp > sp2 > sp3
e as frequências observadas para as
vibrações de C–H ilustram isso facilmente:
sp sp2 sp3
C – H =C – H –C – H
3300cm-1 3100cm-1 2900cm-1
O Que Deve Ser Examinado?
• O equipamento produz um gráfico entre a
intensidade de absorção versus o número
de onda (espectrograma). Este gráfico
corresponde ao Espectro de
Infravermelho.
Estiramento
C-H sp3 Estiramento
C=O 
Características das Absorções
• Num espectro devem ser observadas
algumas características das bandas
(picos) de absorção.
• Caracteriza-se pela intensidade e forma
– Quando uma absorção intensa e estreita
aparece em 1715cm-1 é característico de
estiramento da ligação C=O (carbonilo)
Características das Absorções
• Só o número de onda pode não ser
suficiente para caracterizar uma ligação.
O C=O e o C=C absorvem na mesma
região do espectro de infravermelho,
porém não se confundem!
C = O 1850 – 1630cm-1
C = C 1680 – 1620cm-1
C=O
C=C
Enquanto a ligação
C=O absorve
intensamente, a
ligação C=C,
absorve apenas
fracamente,
evitando assim
qualquer confusão
Características das Absorções
• No que se refere à forma, esta também é
importante, pois pode caracterizar melhor
uma ligação.
• Neste caso as regiões dasligações N – H
e O – H se sobrepõem
O – H 3640-3200cm-1
N – H 3500-3300cm-1
O-H
C-H C-H
NH2
Tabelas de Correlação
Tabelas de Correlação
Tabelas de Correlação
Tabelas de Correlação
Observações Directas
• Os primeiros esforços devem permanecer
na determinação da presença (ou
ausência) dos principais grupos
funcionais.
• C=O; O–H; N–H; C–O; C=C; C C; C N
• Não tentar analisar em detalhes as
absorções ~3000cm-1.
Estratégias
• Pode utilizar a lista abaixo para verificar
um composto
1. Um carbonilo está presente?
O grupo C=O é identificado por uma absorção
intensa na região de 1820 – 1660cm-1.
Normalmente este é o pico mais intenso do
espectro e ocorre no meio do espectro.
2. Se C=O está presente, confira os tipos a
seguir (se estiver presente siga até ao item
3)
Estratégias
Ácidos O–H também está 
presente?
- Absorção larga 3400-
2400cm-1
Amidas Há também N–H?
Absorção média em 
~3400cm-1; às vezes 
um pico duplo com 
duas metades 
equivalentes
Estratégias
Ésteres Tem C–O ?
- Absorção intensa 
~1300 – 1100cm-1
Aldeído Há C–H de aldeído?
- Dois picos fracos de 
absorção ~2850 –
2750cm-1
Cetonas Se as demais forem 
eliminadas
Estratégias
3) Se C=O estiver ausente:
Álcool, Fenol Verificar O–H 
Confirmar encontrando 
C-O ~1300 – 1000cm-1
Aminas Verificar N–H 
Absorção média 
~3400cm-1
Éter Observar C-O e 
ausência de O-H
Estratégias
4. Ligações Duplas e/ou aromáticos
- C=C dá uma absorção 
fraca ~1650
- Absorção de média 
para forte 1600-1450cm- 1; 
geralmente implica em um 
anel aromático
- C-H aromático e vinílico 
aparecem à esquerda de 
3000cm-1
Estratégias
5. Ligações Triplas
- C N é uma 
absorção média, fina 
~2250cm-1
- C C é uma 
absorção fraca, fina 
~2150cm-1
- Verificar C-H 
acetilênico ~3300cm-1
Sugestão
• Concentrar o esforço na identificação dos
picos principais, reconhecendo sua
presença ou ausência.
C8H18
Alcano
CH2
bend
sp3 C-H
CH3
bend
Octano
C6H12
1 insaturação = 1 alceno ou cicloalcano
CH2
bend
sp3 C-H
Sem CH3 bend
Sem C=C stretch
Ciclo-hexano
C6H12
1 insaturação = 1 alceno ou cicloalcano
C=Csp3 C-H
sp2 C-H
1-hexeno
C6H10
2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno
cis C=C
sp3 C-H
sp2 C-H
Ciclo-hexeno
CH2
bend
C8H14
2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno
C≡C
sp3 C-H
sp C-H
1-octino
≡C–H 
bend
C8H14
2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno
C≡C ?
sp3 C-H
sp C-H ?
4-octino
≡C–H 
Bend ?
C7H8
4 insaturações = verificar aromático
tolueno
sp2 C-H
Mono subst.
Mono subst.
oop
Estiramento C=C 
aromático
sp3 C-H
C10H14
4 insaturações = verificar aromático
orto-dietilbenzeno
sp2 C-H
orto subst.
orto subst.
oop
Estiramento C=C 
aromático
sp3 C-H
C10H14
4 insaturações = verificar aromático
sp2 C-H
meta subst.
Estiramento C=C 
aromático
sp3 C-H
meta subst.
oop
meta-dietilbenzeno
C10H14
4 insaturações = verificar aromático
sp2 C-H
para subst.
Estiramento C=C 
aromático
sp3 C-H
para subst.
oop
para-dietilbenzeno
C6H14O
Sem insaturações
CH2
bendsp3 C-HEstiramento
O–H
1-hexanol
C-O
stretch
CH3
bend
C7H8O
4 insaturações = verificar aromático
sp2 C-H
para subst.
Estiramento C=C 
aromático
p-cresol
Estiramento
O–H
C-O
stretch
para subst.
oop
CH2
bendsp3 C-H
Dibutil-éter
C-O
stretch
CH3
bend
C6H14O
Sem insaturações
CH2
bend
sp3 C-H
nonanal
CH3
bend
C9H18O
sp2 C-H
Aldeído
C=O
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
C=O
sobretom
CH2
bend
CH3
bend
C=O
C=O
sobretom
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
sp3 C-H
C
O
CC
bend
3-pentanona
C5H10O
C=O
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
Ácido isobutírico
C5H10O
sp3 C-H
O –H stretch.
C-O
stretch
O-H
oop
C=O
sp3 C-H
C-O
stretch
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
Etil-butirato
C6H12O2
C=O
C-N
stretch
propionamida
C3H7NO
NH2
stretch
N-H
oop
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
C-N
stretch
N-H
oop
CH2
bend
CH3
bend
NH2
bend
sp3 C-H
NH2
butilamina
C4H11N
C≡N
butironitrila
C4H7N
1.º Exercício
• Relacione cada uma das estruturas
químicas apresentadas
com um dos espectros de infra-vermelho a
seguir:
CH3
CH CH3CH3
NH2
CH3
OH
CH3
O
a) b) c) d)
Espectro 1
Espectro 2
Espectro 3
Espectro 4
2.º Exercício
• Considere as estruturas a seguir:
• Indique para cada uma, que picos de
absorção são esperados e quais são.
O
OH
O
OH
O