1. L’enllaç en les molècules
Flashcards
- Què és un enllaç covalent?
- És la unió entre dos àtoms deguda a l'atracció entre nuclis i electrons compartits sota la seva influència.
- Observa la gràfica Què caracteritza la Zona 2?
- És la posició d'equilibri amb energia potencial mínima, atracció màxima i distància corresponent a la longitud d'enllaç.
- Què postula la regla de l'octet proposada per Lewis?
- Els àtoms no metàl·lics comparteixen electrons fins a assolir vuit electrons a la capa de valència, com el gas noble més proper.
- Com es representen els enllaços covalents i els parells solitaris a Lewis?
- L'enllaç compartit es representa amb dos punts o una ratlla; els parells no compartits, amb punts aparellats de dos en dos.
Preguntes tipus test
- Observa el gràfic de variació energètica segons la distància internuclear Què representa la Zona 2?
- a) El punt d'energia mínima on l'atracció és màxima i es fixa la longitud d'enllaç
- b) La distància en què els electrons de valència abandonen definitivament els dos nuclis
- c) L'estat en què els dos àtoms estan completament allunyats i no interaccionen
- d) La regió d'inestabilitat nuclear màxima a causa de la forta repulsió entre nuclis
Resposta: a) El punt d'energia mínima on l'atracció és màxima i es fixa la longitud d'enllaç. La Zona 2 representa l'equilibri perfecte: l'energia potencial és mínima, l'atracció és màxima i la distància entre nuclis correspon a la longitud d'enllaç covalent.
- Quines forces apareixen entre dos àtoms a mesura que s'escurça la distància internuclear?
- a) Atracció nucli-electrons i repulsió nucli-nucli i electró-electró
- b) Forces atractives exclusivament entre els dos nuclis atòmics
- c) Atracció exclusiva entre els electrons de la capa de valència
- d) Forces repulsives que únicament actuen sobre els electrons interns
Resposta: a) Atracció nucli-electrons i repulsió nucli-nucli i electró-electró. Quan dos àtoms s'apropen apareixen forces atractives (el nucli d'un àtom amb els electrons de l'altre) i forces repulsives (nucli amb nucli i electrons amb electrons).
- Segons la regla de l'octet de Lewis, quin és l'objectiu dels àtoms no metàl·lics en formar molècules?
- a) Alliberar tots els electrons de la capa de valència per formar cations aïllats
- b) Modificar la quantitat de protons del nucli per igualar la massa del gas noble
- c) Compartir electrons fins a tenir vuit electrons a l'última capa com el gas noble
- d) Acumular un nombre imparell d'electrons a l'orbital intern per assolir estabilitat
Resposta: c) Compartir electrons fins a tenir vuit electrons a l'última capa com el gas noble. El model de Lewis estableix que els àtoms d'elements no metàl·lics comparteixen electrons fins a assolir vuit electrons a la seva última capa, adoptant la configuració del gas noble més proper.
2. La polaritat dels enllaços
Flashcards
- Què és un enllaç covalent no polar o apolar?
- Enllaç on el parell d'electrons es comparteix per igual i les càrregues queden repartides homogèniament.
- Què és un enllaç covalent polar?
- Enllaç on el parell d'electrons es comparteix desigualment degut a la diferència d'electronegativitat.
- Quin tipus d'enllaç s'origina quan la diferència d'electronegativitat és molt elevada?
- Enllaç iònic, a causa de la transferència total de l'electró.
- Quina magnitud física vectorial es representa en aquest esquema?
- El moment dipolar ($\mu = q \cdot d$), amb la fletxa dirigida cap al pol negatiu.
Preguntes tipus test
- Observa la representació de les dues molècules . Per quina raó la distribució de càrrega a la molècula de $\text{HCl}$ és asimètrica en comparació amb la de $\text{Cl}_2$?
- a) Perquè les forces repulsives entre nuclis superen les forces atractives i trenquen la simetria de la densitat de càrrega.
- b) Perquè la molècula de $\text{HCl}$ té un enllaç totalment iònic produït per la transferència espontània d'electrons entre àtoms.
- c) Perquè el clor perd completament un electró a favor de l'hidrogen generant així un ió positiu i un ió negatiu aïllats.
- d) Perquè a la molècula de $\text{HCl}$ hi ha una diferència d'electronegativitat que fa que el clor atregui més fortament els electrons compartits.
Resposta: d) Perquè a la molècula de $\text{HCl}$ hi ha una diferència d'electronegativitat que fa que el clor atregui més fortament els electrons compartits.. En els enllaços polars com el de $\text{HCl}$, la diferència d'electronegativitat entre els dos àtoms fa que el parell d'electrons es comparteixi de manera desigual, atraient-los més l'àtom més electronegatiu.
- Què succeeix amb l'enllaç químic quan la diferència d'electronegativitat entre dos àtoms és extremadament elevada?
- a) Es manté com un enllaç covalent apolar perquè el parell electrònic queda repartit de manera equitativa.
- b) La transferència de l'electró és total, donant lloc a la formació d'un enllaç iònic.
- c) Es forma un enllaç covalent polar en què el moment dipolar s'anul·la completament.
- d) L'enllaç es desestabilitza immediatament a causa de la repulsió dels núvols electrònics interns.
Resposta: b) La transferència de l'electró és total, donant lloc a la formació d'un enllaç iònic.. Quan la diferència d'electronegativitat entre els àtoms és molt elevada, es produeix una transferència total de l'electró, originant un enllaç iònic.
- Com es representa convencionalment el desplaçament de la densitat electrònica o moment dipolar en un enllaç?
- a) Mitjançant una fletxa que assenyala cap a l'extrem més electronegatiu i un signe $+$ a l'extrem menys electronegatiu.
- b) Amb una línia discontínua que reflecteix la deslocalització de càrrega sense cap orientació ni signe auxiliar.
- c) Mitjançant una fletxa orientada cap a l'extrem menys electronegatiu acompanyada d'un signe positiu al pol de major atracció.
- d) Amb dos cercles que indiquen la capa de valència i un signe negatiu al costat de l'element de menor electronegativitat.
Resposta: a) Mitjançant una fletxa que assenyala cap a l'extrem més electronegatiu i un signe $+$ a l'extrem menys electronegatiu.. El moment dipolar s'indica amb una fletxa que representa el desplaçament de la densitat electrònica i un signe $+$ a l'extrem menys electronegatiu.
3. La forma de les molècules
Flashcards
- Què prediu el model TRPECV en una molècula?
- La geometria tridimensional segons la màxima separació dels parells electrònics.
- Quin tipus de parell electrònic genera un núvol més voluminós?
- El parell solitari o no enllaçant, gràcies a la seva major llibertat de moviment.
- Quina geometria té el ${\text{CH}_4}$ i quin és el seu angle d'enllaç?
- Geometria tetraèdrica, amb un angle de $109{,}5^\circ$.
- Quina geometria té l'aigua (${\text{H}_2\text{O}}$) segons la TRPECV?
- Geometria angular, amb un angle inferior a $109{,}5^\circ$.
Preguntes tipus test
- Segons la teoria de repulsió de parells d'electrons de la capa de valència (TRPECV), quina és la geometria molecular de l'amoníac (NH₃), tenint en compte que l'àtom central té 3 parells enllaçants i 1 parell solitari?
- a) Tetraèdrica
- b) Piràmide trigonal
- c) Triangular plana
- d) Angular
Resposta: b) Piràmide trigonal. A la taula de la TRPECV del document es recull que l'NH₃ té 3 parells d'electrons enllaçants i 1 parell no enllaçant (solitari), la qual cosa dóna lloc a una geometria de piràmide trigonal amb angles menors a 109,5°.
- Per quina raó el diagrama de Lewis no és suficient per conèixer la forma d'una molècula?
- a) Perquè sobrevalora la repulsió existent entre els nuclis atòmics enllaçats en l'estructura.
- b) Perquè únicament és vàlid per representar molècules diatòmiques i ions de caràcter inorgànic.
- c) Perquè només mostra els enllaços entre àtoms, però no la seva disposició tridimensional a l'espai.
- d) Perquè no té en compte el nombre correcte d'electrons de valència presents a la capa externa.
Resposta: c) Perquè només mostra els enllaços entre àtoms, però no la seva disposició tridimensional a l'espai.. El diagrama de Lewis permet determinar quins àtoms estan units i quins parells d'electrons comparteixen, però no preveu la direccionalitat dels enllaços ni l'estructura tridimensional real.
- Segons els fonaments de la TRPECV, per què els parells solitaris ocupen un volum superior al dels enllaçants?
- a) Perquè tenen una càrrega elèctrica negativa el doble d'intensa que els electrons d'enllaç.
- b) Perquè se situen a una distància permanentment més propera als nuclis dels àtoms perifèrics.
- c) Perquè estan sotmesos a l'atracció d'un sol nucli i posseeixen més llibertat de moviment.
- d) Perquè es desplacen a velocitats molt més altes que els parells d'electrons compartits.
Resposta: c) Perquè estan sotmesos a l'atracció d'un sol nucli i posseeixen més llibertat de moviment.. Els parells d'electrons enllaçants estan confinats entre dos nuclis, la qual cosa redueix el seu volum; en canvi, els parells solitaris només estan lligats a un nucli i tenen més llibertat d'expansió espacial.
4. Polaritat i geometria de les molècules
Flashcards
- Quina condició vectorial defineix una molècula apolar?
- Que la suma dels moments dipolars dels enllaços sigui igual a zero.
- Quins dos factors determinen la polaritat global d'una molècula?
- La polaritat dels enllaços i la geometria molecular.
- Per què l'aigua és una molècula polar malgrat tenir dos enllaços iguals?
- Perquè té geometria angular i els moments dipolars no s'anul·len.
Preguntes tipus test
- Per quina raó la molècula de diòxid de carboni (CO₂) és apolar malgrat que els seus enllaços C-O són polars?
- a) Perquè la molècula té una geometria angular que suma els moments dipolars.
- b) Perquè la seva geometria lineal fa que els moments dipolars dels enllaços es contrarestin donant una suma igual a 0.
- c) Perquè la diferència d'electronegativitat entre el carboni i l'oxigen és igual a zero.
- d) Perquè els electrons estan completament transferits formant un enllaç purament iònic.
Resposta: b) Perquè la seva geometria lineal fa que els moments dipolars dels enllaços es contrarestin donant una suma igual a 0.. El document especifica que en el diòxid de carboni els enllaços són polars, però la geometria fa que els moments dipolars es compensin/contrarestin, resultant en una molècula apolar (suma de moments dipolars = 0).
- De quins dos factors depèn la polaritat global d'una molècula?
- a) De la massa molar de la molècula i del seu estat d'agregació físic.
- b) Exclusivament de la diferència d'electronegativitat sense influència geomètrica.
- c) Únicament del nombre total d'electrons que comparteixen els seus àtoms.
- d) De la polaritat dels seus enllaços i de la seva geometria espacial.
Resposta: d) De la polaritat dels seus enllaços i de la seva geometria espacial.. La polaritat d'una molècula depèn conjuntament de la polaritat individual dels seus enllaços i de la disposició geomètrica d'aquests en l'espai.
- Per quina raó el diòxid de carboni és una molècula apolar si els seus enllaços són polars?
- a) Perquè la seva geometria fa que els moments dipolars es contrarestin.
- b) Perquè l'oxigen i el carboni tenen exactament la mateixa electronegativitat.
- c) Perquè la molècula conté un nombre imparell d'àtoms enllaçats entre si.
- d) Perquè els electrons es transfereixen totalment creant un enllaç iònic.
Resposta: a) Perquè la seva geometria fa que els moments dipolars es contrarestin.. En el diòxid de carboni, la geometria de la molècula fa que els vectors de moment dipolar de cada enllaç tinguin sentits oposats i es contrarestin, donant una suma total igual a zero.
5. Molècules i radiació
Flashcards
- Quin tipus de radiació electromagnètica excita l'energia de rotació molecular?
- La radiació en el rang de les microones.
- Quina radiació s'absorbeix per augmentar el nivell d'energia de vibració?
- La radiació de la zona d'infraroig (IR).
- Quin és l'ordre de magnituds creixent de les energies d'una molècula?
- $E_{\text{translació}} < E_{\text{rotació}} < E_{\text{vibració}} < E_{\text{activació electrònica}}$
- Quins tres modes de vibració es mostren a ?
- Tensió simètrica, tensió asimètrica i flexió.
Preguntes tipus test
- Quin tipus de radiació electromagnètica necessita absorbir una molècula per passar a un nivell d'energia vibracional superior?
- a) Radiació ultraviolada
- b) Microones
- c) Radiació infraroja
- d) Radiació visible
Resposta: c) Radiació infraroja. Tal com s'indica a la secció d'energia de vibració, l'energia necessària per provocar un salt vibracional correspon a un fotó situat a la zona d'infraroig.
- Quin és l'ordre creixent correcte d'energia associada als moviments i estats d'una molècula?
- a) $E_{\text{activació electrònica}} < E_{\text{vibració}} < E_{\text{rotació}} < E_{\text{translació}}$
- b) $E_{\text{vibració}} < E_{\text{rotació}} < E_{\text{translació}} < E_{\text{activació electrònica}}$
- c) $E_{\text{rotació}} < E_{\text{translació}} < E_{\text{vibració}} < E_{\text{activació electrònica}}$
- d) $E_{\text{translació}} < E_{\text{rotació}} < E_{\text{vibració}} < E_{\text{activació electrònica}}$
Resposta: d) $E_{\text{translació}} < E_{\text{rotació}} < E_{\text{vibració}} < E_{\text{activació electrònica}}$. Per norma general, l'ordre de magnituds creixent de les energies moleculars és translació, seguit de rotació, posteriorment vibració i, finalment, l'energia d'activació electrònica com a nivell més alt.
- Observa el diagrama Quins són els tres modes de vibració que es poden produir en molècules poliatòmiques?
- a) Tensió torsional, gir simètric i oscil·lació axial
- b) Tensió longitudinal, vibració tèrmica i extensió
- c) Rotació plana, translació lliure i flexió angular
- d) Tensió simètrica, tensió asimètrica i flexió
Resposta: d) Tensió simètrica, tensió asimètrica i flexió. En molècules poliatòmiques, les vibracions s'originen principalment en tres modalitats: tensió simètrica, tensió asimètrica i moviment de flexió.
6. Determinació de l’estructura de les molècules
Flashcards
- Quina utilitat analítica té l'espectroscòpia d'infrarojos (IR)?
- Identificar substàncies i detectar la presència de grups funcionals o enllaços concrets.
- Com es defineix la transmitància en un espectre IR?
- Quantitat de radiació que traspassa la mostra; representa el contrari de l'absorció.
- Quin tipus de gràfica experimental representa aquesta imatge?
- Un espectre d'absorció infraroja amb eixos de transmitància i nombre d'ona.
- Què és l'ió molecular en espectrometria de masses?
- Catió radical ($M^+$) format en perdre un electró per bombardeig sense trencar enllaços.
Preguntes tipus test
- Com es defineix el nombre d'ona ($\bar{\nu}$) en l'espectroscòpia d'infraroigs?
- a) Com l'energia total transmesa per unitat de temps sobre la superfície
- b) Com la inversa de la longitud d'ona expressada habitualment en $\text{cm}^{-1}$
- c) Com la fracció de radiació que travessa la mostra sense ser absorbida
- d) Com el producte directe entre la velocitat de la llum i la seva freqüència
Resposta: b) Com la inversa de la longitud d'ona expressada habitualment en $\text{cm}^{-1}$. El nombre d'ona $\bar{\nu}$ és la inversa de la longitud d'ona ($\bar{\nu} = \frac{1}{\lambda}$) i s'expressa en unitats de $\text{cm}^{-1}$, sent equivalent a la freqüència.
- A partir de la taula de correlacions , a quin tipus d'enllaç correspon una banda d'absorció a l'interval de $1760\text{--}1690\ \text{cm}^{-1}$?
- a) Enllaç doble $\text{C}=\text{O}$ present en aldehids, cetones i èsters
- b) Enllaç simple $\text{C}-\text{H}$ característic d'alquens lineals
- c) Enllaç simple $\text{C}-\text{H}$ característic d'alcans saturats
- d) Enllaç simple $\text{C}-\text{O}$ típic d'alcohols, èters o èsters
Resposta: a) Enllaç doble $\text{C}=\text{O}$ present en aldehids, cetones i èsters. A la taula de freqüències característiques, la tensió de l'enllaç doble $\text{C}=\text{O}$ se situa en l'interval de $1760\text{--}1690\ \text{cm}^{-1}$.
- Observant l'espectre infraroig que presenta bandes a $2915\ \text{cm}^{-1}$, $2848\ \text{cm}^{-1}$ i manca de senyals prop de $1700\ \text{cm}^{-1}$, de quin polímer es tracta?
- a) Polietilè, per la presència indispensable d'un anell aromàtic substituït
- b) Polietilè, perquè només conté enllaços $\text{C}-\text{C}$ i $\text{C}-\text{H}$ alifàtics
- c) Polièster, perquè conté grups carbonil que absorbeixen intensament
- d) Polièster, per l'absència total de cadenes carbonades de tipus alifàtic
Resposta: b) Polietilè, perquè només conté enllaços $\text{C}-\text{C}$ i $\text{C}-\text{H}$ alifàtics. L'espectre mostra només les absorcions característiques de l'enllaç $\text{C}-\text{H}$ d'alcà ($2970\text{--}2850\ \text{cm}^{-1}$) i cap banda carbonil $\text{C}=\text{O}$ ($1760\text{--}1690\ \text{cm}^{-1}$), fet que confirma que correspon al polietilè.
Otros
I 6 flashcards i 11 preguntes més al document.
Text del document
ENLLAÇ I ESTRUCTURA d e l e s m o l è c u l e s ÍNDEX L'enllaç en les molècules La forma de les molècules Polaritat i geometria de les molècules Molècules i radiació Determinació de l'estructura de les molècules La polaritat dels enllaços Espectroscòpia de masses L'unió entre dos àtoms deguda a la atracció que es deriva de les càrregues dels nuclis i els núvols electrònics es coneix com a enllaç covalent. En aquest els electrons queden sota la influència dels dos núclis (electrons compartits). 1.L'enllaç en les molècules 1.L'enllaç en les molècules 1.L'enllaç en les molècules Dos electrons separats no senten atració entre ells. No interaccionen.
Conforme reduïm la distància, començen a aparèixer forçes d'atracció i repulsió entre ells. Forces atractives: nucli d'un àtom electrons de l'altre. Forces repulsives: nucli nucli i electrons electrons. Les forces d'atracció empenyen els electrons a la zona entre nuclis, augmentant la densitat electrònica. Els electrons sota la inmfluència de dos nuclis s'anomenen compartits. Els àtoms queden units per atracció, s'anomena enllaç covalent. 1.L'enllaç en les molècules Les forces d'atracció empenyen els electrons a la zona entre nuclis, augmentant la densitat electrònica. Els electrons sota la inmfluència de dos nuclis s'anomenen compartits.
Els àtoms queden units per atracció, s'anomena enllaç covalent. 1.L'enllaç en les molècules El model de Lewis i la regla de l'octet El 1916 G. N. Lewis va adonar-se que els àtoms s'unien gràcies a la compartició d'electons. I que en fer-ho assolien la configuració del gas noble més proper. Quan els àtoms d'elements no metàl·lics es combinen per formar molècules, els seus àtoms comparteixen electons fins que el nombre d'electrons de l'última capa és igual a vuit. Els elements es representen: El cor de l'àtom es representa pel simbol d'aquest.
(el cor compren el nucli i els electrons interns) Els electrons de valència no compartits per punts (aparellats de dos en dos) el parell d'electons compartit (l'enllaç covalent) per dos punts o una ratlla. A vegades s'hi afegeix un cercle que representa el contorn de la capa de valència. Els electrons queden continguts en ell. EL diagrama de Lewis Estructura de Lewis EL diagrama de Lewis Enllaços dobles i triples Els àtoms poden compartir un, dos i fins a tres electrons amb el mateix àtom mitjançant enllaços covalents per tal d'assolir l'octet. Les forçes de repulsió són tan grans que ja no se'n poden compartir més, donada la seva inestabilitat. També es poden representar ions.
En aquest cas, es representen els parells d'electrons dins d'un claudàtor. El signe queda fora del claudàtor L'enllaç covalent coordinat o datiu En alguns casos, un àtom pot aportar dos àtoms a l'enllaç per tal que els dos àtoms enllaçats compleixin la regla de l'octet. Això explicaria la fomració de compostos com l'amoni, a partir de l'amoniac i l'ió hidrogen. En aquest cas es representa el enllaç amb una fletxa que indica qui dona els electrons. Exe 4-7 pàg 44 Ió Amoni Oxoni Electrons compartits deslocalitzats A vegades es pot escriure més d'un diagrama de Lewis que compleixi la regla de l'octet dels àtoms. Això genera certes dificultats.
S'ha demostrat amb la llargada dels enllaços que cap de les dues representacions és vàlida. I que hi ha un parell d'electrons que es comparteix entre els tres àtoms. Per això s'anomenen electrons deslocalitzats. Estructures ressonants Representació encertada 2.La polaritat dels enllaços Els enllaços covalents poden ser de dos tipus: No polars: Aquells en que el parell d'electrons es comparteix per igual entre els àtoms enllaçats. De manera que les càrregues elèctriques queden repartides igual. Polars: Aquells en que el parell d'electrons es comparteix de manera desigual entre els àtoms enllaçats. Degut a la diferència d'electronegativitats, un àtom atrau més els electrons que l'altre.
La polaritat a partir de la diferència d'electronegativitat Si dos àtoms són iguals, la diferència d'electronegativitat és = 0 pel que l'enllaç és totalment covalent apolar. Quan la diferència entre els àtoms és molt elevada, la transferència de l'electró és total (enllaç iònic). Entre aquests dos punts, hi ha una gradació d'enllaços covalents polars o amb moment dipolar creixent. Aquest es pot indicar amb una fletxa que representa el desplaçament de la densitat electronica. I un signe + a l'extrem menys electronegatiu. El diagrama de Lewis només serveix per predir el nombre d'àtoms enllaçants, però no la forma tridimensional de la molècula.
La forma real de les molècules les determina la direccionalitat dels enllaços covalents. I es determinen amb mètodes espectroscòpics, però hi ha un model senzill per predir-ne la geometria. La TRPECV, o teoria de repulsions dels parells d'electrons de la capa de valència. 3.La forma de les molèucules Els parells d'electrons de la capa de valència es representen mitjançant núvols electrònics en forma de globus. Són regions de càrrega negativa. Els núvols electrònics es disposen en l'espai de la manera més allunyada possible. Així minimitzen les forçes de repulsió. Els volums dels parells d'electrons són diferents segons si són enllaçants o no.
Els enllaçants fan núvols menys voluminosos, ja que es mouen entre dos àtoms. Fonaments de la TRPECV: Els parells solitaris formen nuvols electrònics més voluminosos ja que tenen més llibertat de moviment. Disposició tridimensional dels àtoms d'una molècula. Com predir la geometria d'una molècula 1.Dibuixar el diagrama de Lewis de la molècula. 2.Fixar-nos en el nombre de parells d'electrons que envolten l'àtom central 3.Situar els parells d'electrons el més allunyats entre si. 4.Tenir present que els no enllaçants ocupen un major espai que els enllaçats.
BeCl2 4.Polaritat i geometria de les molècules La polaritat d'una molècula depen finalment de la polaritat dels seus enllaços i de la geometria dels enllaços Per tal que la molècula sigui apolar, cal que la suma dels moments dipolars dels enllaços sigui = 0. En la molècula de dioxid de carboni, els enllaços són polars, però la geometria plana fa que els moment es contrarestin donant una molècula apolar. En la molècula d'aigua, els enllaços O-H són polars. La geometria és a.ngular. La suma dels moments fa que la molècula sigui polar.
El teraclorur de carboni i el cloroform, només es diferencien en un àtom, però la diferència d'electronegativitats de l'hidrogen i el clor fa que no es compensin els moments dipolars i una sigui apolar i l'altre polar. 5.Molècules i radiació T'has preguntat mai com s'escalfa el menjar dins d'un microones? Doncs no és màgia... és química molt ben aplicada! 5.Molècules i radiació Les substàncies poden absorbir energia quan una ona electromagnètica hi interacciona. I aquesta pot provocar canvis depenent de la seva composició. Perquè les molècules tenen energia associada a diferents moviments.
Translacional Rotacional Vibracional Cal tenir en compte que cada moviment necessita una energia determinada. Així com en els electrons hem vist que les energies eren quantitzades, en les molècules ho son per cadascun dels moviments d'aquesta. I depen dels àtoms que la componen i els enllaços que formen. Per norma general, l'ordre de magnituds de les energies es: E < E < E < E translació rotació vibració activació electrònica Al estar quantitzades les energies, les molècules només es poden trobar en uns nivells d'energia determinats. Energia de vibració Quan una molècula absorbeix una quantitat d'energia determinada, pot augmentar el seu nivell de vibració.
L'energia necessaria per provocar aquest salt, correspon a un fotó que es troba en la zona d'infraroig. En absorbir energia ingraroja, una molècula passa a un nivell d'energia vibracional superior. hv Energia de vibració En el cas de molècules poliatòmiques, les vibracions es poden produïr de diferents maneres. Tensió simètrica Tensió asimètrica Flexió Energia de rotació L'energia de rotació és inferior a la de vibració. Requereix menys energia fer girar una molècula que fer vibrar els seus enllaços. Per tant les diferències entre els nivells de rotació seran menors, i les ones electromagnètiques necessàries seran de menor energia. Del ranc de les microones.
En absorbir energia microones una molècula passa a un nivell d'energia rotacional superior. hv Energia de translació En aquest cas, els canvis entre els nivells d'excitació són tan petits, que es considera continua. Les molècules augmenten l'energia de translació gradualment conforme capten l'energia electromagnètica. Com que l'agument es produeix de manera continua, no hi ha una única longitud d'ona que afecti a aquest moviment, sinó que es considera que és l'aument de l'energia cinètica del sistema en conjunt.
hv Energia d'activació electrònica La diferència energètica dels nivells d'excitació electronica és més gran que la resta de moviments, per tant l'energia que cal és superior per provocar un salt és superior als anteriors. Això fa que calgui una radiació visible o ultraviolada per excitar l'electró. En excitar una molècula amb radiació UV, aquesta pot excitar-se, dissociar-se o ionitzar- se. En el primer cas es desexcita, en el segon queden els àtoms lliures i en el tercer, un electro o més abandona un dels orbitals generan una molècula ionitzada. hv L'absorció de diferents tipus de radiació ens permet obtenir diferents informació sobre l'estructura de les molècules.
L'espectroscopia d'infrarojos (IR) s'utilitza per identificar substàncies i la presència de grups funcionals. L'espectroscopia de masses s'utilitza per identificar compostos, conèixer la seva estructura química i calcular la quantitat amb molta precisió. La resonància magnètica nuclear (RMN) permeten establir l'estructura a partir dels hidrogens de la molècula. 6. Determinació de l'estructura de les molècules Tècniques espectroscòpiques Espectroscòpia d'absorció infraroja Quan es fa passar un espectre de radiació infraroja a traviés d'un compost, s'obté l'espectre d'absorció d'aquest.
Tenint en compte que molts enllaços o grups funcionals vibren de la mateixa forma independenment de la molècula en la que es troben. Podem aprofitar aquesta característica per detectar grups o enllaços en una molècula, depenent de la radiació infraroja que és captada (absorbida per aquesta) o no. Emisor d'ones IR Mostra problema Detector d'ones IR Espectroscòpia d'absorció infraroja L'espectre d'absorció mostra quines ones han passat i quines han estat absorbides pels enllaços de la mostra en funció de la seva energia. Així es pot identificar els enllaços. Transmitància: Seria la quantitat d'ona que ha traspassat la mostra,és a dir el contrari de l'absorció.
El nombre d'ona o : equival a la inversa de la longitud d'ona. Seria equivalent a la freqüència. en cm-1 Espectroscòpia d'absorció infraroja Ex: Volem saber si la molècula que tenim en una mostra problema correspon a un etanol, etanal o àcid etanoic. Observant el seguent espectre, determina quina és. Sabem que: C = O 1800 cm-1 O - H 3580 cm-1 Recorda,com més enllaços diferents tingui una molècula,més pics de transmitància tindrà. Exercici 18 i 19 pàg 55 Espectroscòpia de masses Un espectre de masses és el que s'obtè en injectar una quantitat petita de compost en un espectròmetre de masses.
Permet fer analitiques de masses de compostos biològics o inorgànics, amb l'únic requisit que puguin ser ionitzats. No comporta un procès d'absorció de radiació electromagnètica. Com funciona l'espectroscopia de masses? 1.La mostra es vaporitza en una càmara de buit en cas que no sigui gasosa. 2.Només una part passa a la cambra de ionització. 3. Es bombardeja la mostra del compost (M) amb un feix d'electrons d'alta energia (70eV). 4.Això causa la perdua d'un electró de la molècula i provoca un catió radical que s'anomena ió molecular (M ). + A vegades pot comportar la fragmentació de la molècula per trencament d'enllaços covalents. Es formaran fragments de la molècula amb càrrega positiva.
Com funciona l'espectroscopia de masses? 6. Un cop ionitzades, les molècules són accelerades a gan velocitat i per un camp elèctric. 7. Llavors es fan passar per un camp magnètic que en desvia la trajetòria segons la seva massa/càrrega. Com que la majoria ja eren neutres, tenen la mateixa càrrega pel que la separació es produeix realment per la seva massa. 8. Les molècules arriben segregades al col·lector i es detecten. Amb un multiplicador electrònic es tradueix la senyal i es registra. 9. La calibració de l'instrument permet conèixer les masses dels ions registrats i el nombre relatiu de cada tipus. Com funciona l'espectroscopia de masses?
Els patrons de fragmentació Sovint en passar per l'energia ionitzant els enllaços orgànics es trenquen i produeixen la fragmentació. Això comporta un nombre adicionals de senyals en l'espectre, sempre inferiors a l'ió molecular del que provenen. Aquest espectre sol ser característic del compost estudiat i s'anomena patró de fragmentació. Els patrons de fragmentació Els patrons de fragmentació Cal parar atenció a la interpretació: Pic base: És el més intens, el que rep més nombre de senyals. No té perquè coincidir amb la massa del ió molecular, i la seva intensitat se li assigna el valor relatiu 100 d'abundància. Pic major m/z. Sol correspondre a la massa del ió molecular.
Hauria de ser un nombre parell exeptuant si la molècula té un nitrògen. Resta de senyals: La resta tenen un valor percentual respecte el Pic base i serveixen per representar l'abundància de subproductes derivats de la fragmentació en la ionització. Els patrons de fragmentació Pic base Ió molecular Els patrons de fragmentació M = 46 M -1 M -15 M -17 m/z = 45 m/z = 31 m/z = 29 Fragmentacions habituals Alcans lineals: La fragmentació dels cations radicals dels alcans sol correspondre a la massa dels fragments de la molècula tallada per la meitat. Hidrocarburs ramificats: Es fragmenten als llocs on es troba la ramificació. Alquens i alquins.
Normalment la ruptura C-C es dona un àtom abans de l'àtom que té el doble o triple enllaç. El catió que es genera és més estable. Alcohols. R-OH; amines R-NH , i èter, R-O-R'. El trencament es produeix entre el carboni que connecta la funció i el carboni següent. A més els alcohols sovint es deshidraten i donen un pic de massa a M-18 a l'espectre. (M-H O) 2 2 Exe 23 pàg 59 Exercici prova. La policia ha trobat a l'escena d'un crim una màrfega d'acampada que podria resoldre una investigació. Per això cal idenrificar el seu tipus de polímer entre el polietilè i el polièster. Disposem d'un espectrofotòmetre d'infraroig per a esbrinar-ne la identificació.
Les estructures dels dos polímers són: Enllaç Tipus de compost Interval de nombre d'ona (cm ) -1 C -- H alcans (C – C – H) 2970 - 2850 alquens ( C = C – H) 3095 - 3010 C – O alcohols,èters,àcids carboxílics,èsters 1300 - 1050 C = O akdehids,cetones,àcids carboxílics,èsters 1760 - 1690 a) Descriviu els fonaments de la tècnica espectroscòpica d'infraroig. Justifiqueu quin és el polímer d'acord amb el seu espectre d'infraroig: Dades: b) Identifiqueu el pic de més energia de l'espectre anterior. Calculeu-ne la freqüència, la longitud d'ona i l'energia corresponents. Dades: Velocitat d ela llum: C = 3·10 m/s 8 Constant de Planck: h = 6,63·10 J·s -34 La química comienza en las estrellas.
Las estrellas son la fuente de los elementos químicos, que son los componentes básicos de la materia.-Peter Atkins.