QUMICA 2 BATXILLERAT - blocs.xtec. 2 BATXILLERAT INTRODUCCI ALS MTODES ESPECTROSCPICS PER A L’ANLISI DE SUBSTNCIES. Models atmics.

  • Published on
    08-Feb-2018

  • View
    220

  • Download
    5

Embed Size (px)

Transcript

  • QUMICA 2 BATXILLERAT

    INTRODUCCI ALS

    MTODES ESPECTROSCPICS

    PER A LANLISI DE

    SUBSTNCIES

  • Models atmics

  • Models atmics

  • Models atmics

  • Models atmics

  • Models atmics

    http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/linesp16.swf

    El model quntic de Bohr explica:

    Els espectres discontinus d'absorci i emissi de l'hidrogen, on noms apareixen

    radiacions en algunes freqncies determinades.

  • Models atmics

  • Models atmics

    Espectre d'emissi de l'hidrogen

    Espectre d'absorci de l'hidrogen

    Per veure els espectres d'emissi i d'absorci dels elements qumics:

    http://www.edu365.cat/batxillerat/ciencies/taula/

  • Models atmics

  • Models atmics

    Revisar presentaci: http://www.slideshare.net/joseangelb7/models-atmics-ies-badalona-vii

  • Transicions electrniques tom d'hidrogen

  • Espectroscpia d'ultraviolat-visible

  • Espectroscpia d'ultraviolat-visible

    Aquesta tcnica s'utilitza sobretot per analitzar mostres que continguin molcules

    aromtiques (derivats del benz, amb dobles enllaos conjugats, etc.) ja que

    aquests absorbeixen intensament els fotons UV-visible.

    cid carmnic ndigo

  • Espectroscpia d'ultraviolat-visible

    Color de les substncies

    Per tal que una substncia tingui color, ha

    d'absorbir llum visible (radiaci electromagntica

    de 350 a 800 nm)

    El color que veiem s la suma de les longituds

    d'ona que no han estat absorbides (reflectides i/o

    transmeses).

    Si una substncia absorbeix intensament en una

    zona de l'espectre visible, el color que veurem ser

    el color complementari a l'absorbit (veure cercle

    cromtic).

    - Absorci total: color negre

    - Reflexi total: color blanc

    - Transmissi total (no absorbeix de 350 a 800 nm):

    incolor

  • Espectroscpia d'ultraviolat-visible

  • Espectroscpia d'ultraviolat-visible

    zona de l'espectre que no absorbeix: el verd

  • Espectroscpia d'ultraviolat-visible

  • Espectroscpia d'ultraviolat-visible

  • Espectroscpia d'ultraviolat-visible

    Fenolftalena

    http://www.chemguide.co.uk/analysis/uvvisible/theory.html

  • Espectroscpia d'ultraviolat-visible

    Anlisi quantitativa: amb l'ajuda d'un

    espectrofotmetre UV-visible es pot

    determinar la concentraci d'una

    substncia en dissoluci.

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    La RMN es basa en la interacci entre nuclis atmics sota la influncia dun camp

    magntic extern i un camp electromagntic duna freqncia determinada (ones de

    rdio).

    La RMN sutilitza rutinriament en tcniques avanades dobtenci dimatges mdiques, com

    en la Imatge per Ressonncia Magntica, i tamb com a eina espectroscpica per obtenir

    dades fsiques i qumiques de compostos qumics.

    Aix com els espectres dinfraroig subministren informaci sobre la presncia o absncia de

    grups funcionals en les substncies que sanalitzen, els espectres de RMN de prot (tamb

    hi s la RMN daltres elements, especialment la de carboni, que nosaltres no estudiarem) ens

    informaran del nombre, la naturalesa i lambient que rodeja als hidrgens duna

    molcula.

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    La RMN est relacionada amb el nucli dels toms.

    Tots els nuclis dels elements tenen crrega i massa (protons i neutrons) i els que posseeixen

    un nombre atmic imparell o/i un nombre mssic imparell tamb tenen espn, de forma similar

    a lespn dels electrons.

    Nuclis amb spin: 11H,13

    6C,14

    7N i17

    8O.

    Nuclis sense spin: 126C,16

    8O. .

    Qualsevol nucli que tingui espn es pot estudiar per RMN. Noms veurem la RMN de 1H.

    Un prot (1H) t nombre quntic despn i pot considerar-se com un imant petitet. En

    absncia dun camp magntic, tots els hidrgens estan orientats a latzar en totes les

    direccions. En presncia dun camp magntic lespn del prot adopta dues possibles

    orientacions, una en la direcci i sentit del camp extern, de menor energia, i una altra en sentit

    contrari al camp, de major energia. La diferncia denergia daquestes dues orientacions s

    proporcional a la intensitat del camp magntic extern (B0)

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    La RMN est relacionada amb el nucli dels toms.

    Els nuclis es comporten com a petits imants que, en situar-se en camps magntics externs, es

    poden orientar a favor (parallels) o en contra (antiparallets) al camp magntic. Els nuclis

    orientats en parallel tenen una energia inferior als situats en antiparallel.

    Hi ha una mica ms del 50% dels nuclis orientats en parallel. Si s'aplica una radiaci

    electromagntica de radiofreqncia a una mostra, alguns dels nuclis absorbeixen energia i

    passen de la posici de parallel a antiparallel.

    L'energia i, per tant, la freqncia de la radiaci necessria depn de la intensitat del camp

    magntic on es troben els nuclis. Aquest valor depn del camp extern i dels camps locals

    deguts als electrons dels toms vens i dels grups que formen la molcula, que hi

    contribueixen amb petits camps magntics.

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    Quant ms potent s el camp magntic aplicat, ms gran s la separaci entre els nivells

    denergia dels espins i ms alta s la freqncia de les ones de rdio absorbides.

    Camp magntic extern

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    En el cas de lespectroscpia de RMN dhidrogen lenergia necessria,

    s a dir, la freqncia, per a aconseguir el canvi dorientaci de lespin

    nuclear es troba en la zona de radiofreqncia de lespectre

    electromagntic (300-600 MHz) i els camps magntics aplicats en

    valors entre 7 i 14 T (Tesla).

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    Un espectrmetre de RMN consta d'un imant que produeix un camp magntic fort,

    un emissor de radiofreqncies, un detector i un enregistrador.

    La mostra es posa entre els pols de l'imant, es mant el camp magntic constant i

    s'hi aplica un pols electromagntic dins de les radiofreqncies.

    En aplicar el pols de radiofreqncia hi haur protons de la mostra que passaran de

    l'estat de baixa energia (parallel) al d'alta energia (antiparallel).

    Quan alguns d'aquests protons retornin al nivell inferior d'energia emetran radiaci

    de la freqncia que correspon a la diferncia d'energia, E.

    La radiaci emesa s la que es detecta i dna lloc a l'espectre.

    La radiaci s feble i el procs s'ha de repetir molts cops en una successi rpida

    per tal de produir un registre acurat.

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    Depenent de l'entorn molecular on es troba el prot, el camp magntic a qu

    estar sotms ser lleugerament diferent.

    Els protons amb diferents entorns necessitaran diferent energia per passar de la

    posici de parallel a antiparallel, i per tant, absorbiran diferents freqncies de

    radiaci.

    Com a resultat, apareixeran diferents pics RMN a l'espectre, que ens permetran

    diferenciar els diferents tipus d'hidrogen que hi ha a cada molcula, aix com el

    seu nombre.

    Les posicions de ressonncia dels hidrgens

    es mesuren per comparaci amb la posici

    dels protons duna substncia de referncia,

    normalment els 12 hidrgens equivalents del

    tetrametilsil (TMS, (CH3)4Si). Els seus 12

    protons ressonen donant un senyal nic i ntid

    a camps ms alts que qualsevol altre compost

    orgnic, ja que el silici s ms electropositiu

    que els toms dels compostos orgnics. El

    senyal de TMS no interfereix i apareix a

    lextrem de lespectre de major camp. (desplaament qumic)

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    El desplaament qumic s adimensional i es dna en parts per mili (ppm). Al pic del

    TMS se li assigna un valor de = 0,000 ppm, i es defineix una escala fins a = 12 ppm.

    Daquesta manera el desplaament qumic dun prot determinat s sempre el mateix en

    les mateixes condicions (dissolvent, temperatura, etc.), i no depn de la freqncia de

    laparell utilitzat en la mesura.

    Intervals aproximats de desplaaments qumics de 1H situats en distints ambients

    qumics.

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    (desplaament qumic)

    L'rea de cada pic s proporcional al nombre de protons de cada tipus.

    En l'espectre apareix un pic corresponent al tetrametilsil (TMS), que

    s'ha escollit com a referncia. La distncia a la qual se situa un pic

    respecte al del TMS s'anomena desplaament qumic.

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    Espectre de RMN d'un lquid incolor de frmula molecular C2H6O. Quina s l'estructura del

    lquid?

    Possibles ismers de frmula molecular?

    lnia integrada (proporcional a

    les rees dels pics, informa del

    nombre de protons)

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

    Exercicis

    1. Per qu creus que l'espectre de RMN del tetrametilsil (TMS) amb dotze

    hidrgens t noms un pic mentre que el metanol en t dos?

    2. L'espectre de RMN del metoxiet, CH3OCH2CH3, quants pics creus que tindr?

    Quina proporci tindran les rees dels pics?

    1. Els 12 H del tetrametilsil tenen el mateix entorn, mentre que en el metanol per

    una banda hi haur els 3 H del grup metil i per l'altra el H de l'hidroxil.

    2. L'espectre de RMN del metoxiet tindr 3 pics, amb una proporci 3:2:3.

  • Ressonncia magntica nuclear (RMN)

  • Espectrometria de masses (MS)

    Lespectrometria de masses s una tcnica danlisi emprada per a obtenir

    informaci de la composici atmica i molecular de materials orgnics i inorgnics.

    gran sensibilitat, ja que noms requereix uns quants milligrams, o fins i tot

    nanograms, de mostra per a dur a terme lanlisi

    alta especificitat per a identificar substncies desconegudes o confirmar la

    presncia de determinats compostos en alguna mostra.

    Es basa en la producci dions a partir dun compost neutre i lanlisi posterior

    daquests ions. Quan a una molcula se li subministra una determinada energia es

    descompon seguint un patr concret, obtenint-se sempre els mateixos fragments

    (ions) i en la mateixa relaci dintensitat (quantitat relativa dels fragments),

    caracterstics de cada molcula. Aquest patr concret es representa grficament

    en el que es denomina lespectre de masses, que permet la identificaci de la

    substncia.

  • Espectrometria de masses (MS)

    Es vaporitza la mostra i es bombardeja amb un feix d'electrons d'alta energia (70 eV).

    Les molcules de la mostra perden electrons externs i s'ionitzen. En el bombardeig

    tamb es pot produir fragmentaci de les molcules, per trencament d'enllaos

    covalents i es formen fragments de la molcula amb crrega positiva.

    Els ions produts sn accelerats en

    passar entre dues plaques

    carregades elctricament. El feix

    d'ions carregats es fa passar a

    travs d'un camp magntic que

    provoca que els ions es desvin. Els

    ions ms lleugers es desvien ms

    que els ms pesants. Els ions

    desviats finalment impacten en el

    detector. Es processa i s'obt

    l'espectre de masses.

    Tot el sistema es troba sotms a alt buit (l0-2 a l0-3 Pa.) per a evitar collisions entre

    els fragments inics generats.

  • Espectrometria de masses (MS)

  • Espectroscpia d'infraroig (IR)

    I molecular (M+): i ms pesant que correspon a la molcula de pent.

    Pic base: i ms abundant, el que dna el senyal ms fort i s'ajusta al valor del

    100% de l'espectre. En aquest cas, correspon al fragment (M-29)+ a CH3CH2CH2+.

  • Espectrometria de masses (MS)

  • Espectrometria de masses (MS)

    M+ = 46

    [CH3CH2OH]+

    Espectre de l'etanol

    m/z 45

    [CH3CH2O]+

    m/z 31

    [CH2OH]+

    m/z 29

    [CH3CH2]+

  • Espectrometria de masses (MS)

  • Espectrometria de masses (MS)

    1-propanol (M+ = 60; CH2OH+ = 31)

    M+ = 60

    CH2OH+ = 31

  • Espectrometria de masses (MS)

    2-propanol (M+ = 60; CH3CHOH+ = 45)

    No es veu el pic corresponent M+, ja que l'i molecular s molt inestable i

    es descompon totalment abans de poder ser registrat.

    El fragment ms estable correspon a CH3-CHOH+, ja que la fractura ms

    probable en els alcohols s entre el carboni del OH i el contigu.

    CH3-CHOH+ = 45

    M+ = 60

  • Espectrometria de masses (MS)

    Exemple d'exercici (PAU):

    Quan sanalitza la butanona, CH3CH2COCH3, per espectrometria de masses,

    sobtenen els segents valors del quocient massa/crrega: 72, 57, 43, 42, 29,

    27 i 15.

    a) Indiqueu, breument, els processos bsics que tenen lloc quan un compost

    s analitzat per espectrometria de masses.

    b) Indiqueu a quin i poden correspondre els pics amb els valors de

    massa/crrega 72 i 43, suposant que la crrega s la unitat. Aquests dos pics

    es veurien si en lloc de la butanona shagus analitzat la propanona? Raoneu

    les respostes.

    Dades: Masses atmiques relatives: C = 12; O= 16; H=1

  • Espectrometria de masses (MS)

    Espectre de la butanona

    m/z 43

    m/z 72

    m/z 57

    m/z 29

  • Espectrometria de masses (MS)

    a) Processos bsics que tenen lloc quan un compost s analitzat per MS:

    La mostra sha de volatilitzar i portar a pressions molt baixes.

    El compost (M) es trenca en diferents fragments que tenen crrega,

    normalment positiva i de valor unitat. Pot quedar compost sense trencar-se i

    carregat positivament (M+, i molecular).

    Els ions sn accelerats en presncia dun camp elctric.

    Els diferents fragments carregats sn separats segons el valor de la relaci

    massa /crrega que tenen.

    Es detecta la quantitat de cadascun dels diferents fragments.

    b) Interpretaci m/z 72 i 43, suposant que la crrega s la unitat:

    La massa molecular de la butanona s 72. Li de quocient massa / crrega

    72 pot correspondre a la butanona ionitzada: CH3CH2COCH3+ (i

    molecular).

    El pic de quocient m/z 43 pot correspondre al fragment CH3CO+, ja que el

    seu pes (dos carbonis, tres hidrgens i un oxigen) s de 43.

    Si enlloc de la butanona tingussim la propanona, CH3COCH3, no es veuria

    el pic de 72, perqu la propanona t menys massa molecular. S que es

    podria veure el pic de 43, ja que la propanona tamb pot fragmentar-se i

    donar li CH3CO+, igual que feia la butanona.

  • Espectrometria de masses (MS)

    M+ = 60

    Lanlisi elemental dun compost orgnic ha donat com a resultat un 13,3 %

    dhidrogen, un 60,0 % de carboni i un 26,7 % doxigen, pel que es pot afirmar

    que es tracta de la substncia que t per frmula emprica C3H8O. En fer

    lespectre de masses del compost sobt el segent:

    A quin compost ens estem referint?

  • L'efecte hivernacle: absorci d'IR

  • L'efecte hivernacle: absorci d'IR

    Aquests gasos absorbeixen fortament radiacions infraroges

  • L'efecte hivernacle: absorci d'IR

  • L'efecte hivernacle: absorci d'IR

  • La capa d'oz: absorci UV

  • La capa d'oz: absorci UV

  • La capa d'oz: absorci UV

  • La capa d'oz: absorci UV

  • La capa d'oz: absorci UV

  • Anlisi estructural

  • Anlisi estructural

Recommended

View more >