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

<ul><li><p>QUMICA 2 BATXILLERAT</p><p>INTRODUCCI ALS </p><p>MTODES ESPECTROSCPICS </p><p>PER A LANLISI DE </p><p>SUBSTNCIES</p></li><li><p>Models atmics</p></li><li><p>Models atmics</p></li><li><p>Models atmics</p></li><li><p>Models atmics</p></li><li><p>Models atmics</p><p>http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/linesp16.swf</p><p>El model quntic de Bohr explica:</p><p> Els espectres discontinus d'absorci i emissi de l'hidrogen, on noms apareixen </p><p>radiacions en algunes freqncies determinades.</p></li><li><p>Models atmics</p></li><li><p>Models atmics</p><p>Espectre d'emissi de l'hidrogen</p><p>Espectre d'absorci de l'hidrogen</p><p>Per veure els espectres d'emissi i d'absorci dels elements qumics:</p><p>http://www.edu365.cat/batxillerat/ciencies/taula/</p></li><li><p>Models atmics</p></li><li><p>Models atmics</p><p>Revisar presentaci: http://www.slideshare.net/joseangelb7/models-atmics-ies-badalona-vii</p></li><li><p>Transicions electrniques tom d'hidrogen</p></li><li><p>Espectroscpia d'ultraviolat-visible</p></li><li><p>Espectroscpia d'ultraviolat-visible</p><p>Aquesta tcnica s'utilitza sobretot per analitzar mostres que continguin molcules</p><p>aromtiques (derivats del benz, amb dobles enllaos conjugats, etc.) ja que</p><p>aquests absorbeixen intensament els fotons UV-visible.</p><p>cid carmnic ndigo</p></li><li><p>Espectroscpia d'ultraviolat-visible</p><p>Color de les substncies</p><p>Per tal que una substncia tingui color, ha</p><p>d'absorbir llum visible (radiaci electromagntica</p><p>de 350 a 800 nm)</p><p>El color que veiem s la suma de les longituds</p><p>d'ona que no han estat absorbides (reflectides i/o</p><p>transmeses).</p><p>Si una substncia absorbeix intensament en una</p><p>zona de l'espectre visible, el color que veurem ser</p><p>el color complementari a l'absorbit (veure cercle</p><p>cromtic).</p><p>- Absorci total: color negre</p><p>- Reflexi total: color blanc</p><p>- Transmissi total (no absorbeix de 350 a 800 nm):</p><p>incolor</p></li><li><p>Espectroscpia d'ultraviolat-visible</p></li><li><p>Espectroscpia d'ultraviolat-visible</p><p>zona de l'espectre que no absorbeix: el verd</p></li><li><p>Espectroscpia d'ultraviolat-visible</p></li><li><p>Espectroscpia d'ultraviolat-visible</p></li><li><p>Espectroscpia d'ultraviolat-visible</p><p>Fenolftalena</p><p>http://www.chemguide.co.uk/analysis/uvvisible/theory.html</p></li><li><p>Espectroscpia d'ultraviolat-visible</p><p>Anlisi quantitativa: amb l'ajuda d'un</p><p>espectrofotmetre UV-visible es pot</p><p>determinar la concentraci d'una</p><p>substncia en dissoluci.</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p>La RMN es basa en la interacci entre nuclis atmics sota la influncia dun camp</p><p>magntic extern i un camp electromagntic duna freqncia determinada (ones de</p><p>rdio).</p><p>La RMN sutilitza rutinriament en tcniques avanades dobtenci dimatges mdiques, com</p><p>en la Imatge per Ressonncia Magntica, i tamb com a eina espectroscpica per obtenir</p><p>dades fsiques i qumiques de compostos qumics.</p><p>Aix com els espectres dinfraroig subministren informaci sobre la presncia o absncia de</p><p>grups funcionals en les substncies que sanalitzen, els espectres de RMN de prot (tamb</p><p>hi s la RMN daltres elements, especialment la de carboni, que nosaltres no estudiarem) ens</p><p>informaran del nombre, la naturalesa i lambient que rodeja als hidrgens duna</p><p>molcula.</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p>La RMN est relacionada amb el nucli dels toms.</p><p>Tots els nuclis dels elements tenen crrega i massa (protons i neutrons) i els que posseeixen</p><p>un nombre atmic imparell o/i un nombre mssic imparell tamb tenen espn, de forma similar</p><p>a lespn dels electrons.</p><p>Nuclis amb spin: 11H,13</p><p>6C,14</p><p>7N i17</p><p>8O. </p><p>Nuclis sense spin: 126C,16</p><p>8O. .</p><p>Qualsevol nucli que tingui espn es pot estudiar per RMN. Noms veurem la RMN de 1H.</p><p>Un prot (1H) t nombre quntic despn i pot considerar-se com un imant petitet. En</p><p>absncia dun camp magntic, tots els hidrgens estan orientats a latzar en totes les</p><p>direccions. En presncia dun camp magntic lespn del prot adopta dues possibles</p><p>orientacions, una en la direcci i sentit del camp extern, de menor energia, i una altra en sentit</p><p>contrari al camp, de major energia. La diferncia denergia daquestes dues orientacions s</p><p>proporcional a la intensitat del camp magntic extern (B0)</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p>La RMN est relacionada amb el nucli dels toms.</p><p>Els nuclis es comporten com a petits imants que, en situar-se en camps magntics externs, es</p><p>poden orientar a favor (parallels) o en contra (antiparallets) al camp magntic. Els nuclis</p><p>orientats en parallel tenen una energia inferior als situats en antiparallel.</p><p>Hi ha una mica ms del 50% dels nuclis orientats en parallel. Si s'aplica una radiaci</p><p>electromagntica de radiofreqncia a una mostra, alguns dels nuclis absorbeixen energia i</p><p>passen de la posici de parallel a antiparallel.</p><p>L'energia i, per tant, la freqncia de la radiaci necessria depn de la intensitat del camp</p><p>magntic on es troben els nuclis. Aquest valor depn del camp extern i dels camps locals</p><p>deguts als electrons dels toms vens i dels grups que formen la molcula, que hi</p><p>contribueixen amb petits camps magntics.</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p>Quant ms potent s el camp magntic aplicat, ms gran s la separaci entre els nivells</p><p>denergia dels espins i ms alta s la freqncia de les ones de rdio absorbides.</p><p>Camp magntic extern</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p>En el cas de lespectroscpia de RMN dhidrogen lenergia necessria,</p><p>s a dir, la freqncia, per a aconseguir el canvi dorientaci de lespin</p><p>nuclear es troba en la zona de radiofreqncia de lespectre</p><p>electromagntic (300-600 MHz) i els camps magntics aplicats en</p><p>valors entre 7 i 14 T (Tesla).</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p> Un espectrmetre de RMN consta d'un imant que produeix un camp magntic fort,</p><p>un emissor de radiofreqncies, un detector i un enregistrador.</p><p> La mostra es posa entre els pols de l'imant, es mant el camp magntic constant i</p><p>s'hi aplica un pols electromagntic dins de les radiofreqncies.</p><p> En aplicar el pols de radiofreqncia hi haur protons de la mostra que passaran de</p><p>l'estat de baixa energia (parallel) al d'alta energia (antiparallel).</p><p> Quan alguns d'aquests protons retornin al nivell inferior d'energia emetran radiaci</p><p>de la freqncia que correspon a la diferncia d'energia, E.</p><p> La radiaci emesa s la que es detecta i dna lloc a l'espectre.</p><p> La radiaci s feble i el procs s'ha de repetir molts cops en una successi rpida</p><p>per tal de produir un registre acurat.</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p> Depenent de l'entorn molecular on es troba el prot, el camp magntic a qu</p><p>estar sotms ser lleugerament diferent.</p><p> Els protons amb diferents entorns necessitaran diferent energia per passar de la</p><p>posici de parallel a antiparallel, i per tant, absorbiran diferents freqncies de</p><p>radiaci.</p><p> Com a resultat, apareixeran diferents pics RMN a l'espectre, que ens permetran</p><p>diferenciar els diferents tipus d'hidrogen que hi ha a cada molcula, aix com el</p><p>seu nombre.</p><p>Les posicions de ressonncia dels hidrgens</p><p>es mesuren per comparaci amb la posici</p><p>dels protons duna substncia de referncia,</p><p>normalment els 12 hidrgens equivalents del</p><p>tetrametilsil (TMS, (CH3)4Si). Els seus 12</p><p>protons ressonen donant un senyal nic i ntid</p><p>a camps ms alts que qualsevol altre compost</p><p>orgnic, ja que el silici s ms electropositiu</p><p>que els toms dels compostos orgnics. El</p><p>senyal de TMS no interfereix i apareix a</p><p>lextrem de lespectre de major camp. (desplaament qumic)</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p>El desplaament qumic s adimensional i es dna en parts per mili (ppm). Al pic del</p><p>TMS se li assigna un valor de = 0,000 ppm, i es defineix una escala fins a = 12 ppm.</p><p>Daquesta manera el desplaament qumic dun prot determinat s sempre el mateix en</p><p>les mateixes condicions (dissolvent, temperatura, etc.), i no depn de la freqncia de</p><p>laparell utilitzat en la mesura.</p><p>Intervals aproximats de desplaaments qumics de 1H situats en distints ambients </p><p>qumics.</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p> (desplaament qumic)</p><p>L'rea de cada pic s proporcional al nombre de protons de cada tipus.</p><p>En l'espectre apareix un pic corresponent al tetrametilsil (TMS), que</p><p>s'ha escollit com a referncia. La distncia a la qual se situa un pic</p><p>respecte al del TMS s'anomena desplaament qumic.</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p>Espectre de RMN d'un lquid incolor de frmula molecular C2H6O. Quina s l'estructura del</p><p>lquid?</p><p>Possibles ismers de frmula molecular?</p><p>lnia integrada (proporcional a</p><p>les rees dels pics, informa del</p><p>nombre de protons)</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p><p>Exercicis</p><p>1. Per qu creus que l'espectre de RMN del tetrametilsil (TMS) amb dotze</p><p>hidrgens t noms un pic mentre que el metanol en t dos?</p><p>2. L'espectre de RMN del metoxiet, CH3OCH2CH3, quants pics creus que tindr?</p><p>Quina proporci tindran les rees dels pics?</p><p>1. Els 12 H del tetrametilsil tenen el mateix entorn, mentre que en el metanol per</p><p>una banda hi haur els 3 H del grup metil i per l'altra el H de l'hidroxil.</p><p>2. L'espectre de RMN del metoxiet tindr 3 pics, amb una proporci 3:2:3.</p></li><li><p>Ressonncia magntica nuclear (RMN)</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p><p>Lespectrometria de masses s una tcnica danlisi emprada per a obtenir</p><p>informaci de la composici atmica i molecular de materials orgnics i inorgnics.</p><p> gran sensibilitat, ja que noms requereix uns quants milligrams, o fins i tot</p><p>nanograms, de mostra per a dur a terme lanlisi</p><p> alta especificitat per a identificar substncies desconegudes o confirmar la</p><p>presncia de determinats compostos en alguna mostra.</p><p>Es basa en la producci dions a partir dun compost neutre i lanlisi posterior</p><p>daquests ions. Quan a una molcula se li subministra una determinada energia es</p><p>descompon seguint un patr concret, obtenint-se sempre els mateixos fragments</p><p>(ions) i en la mateixa relaci dintensitat (quantitat relativa dels fragments),</p><p>caracterstics de cada molcula. Aquest patr concret es representa grficament</p><p>en el que es denomina lespectre de masses, que permet la identificaci de la</p><p>substncia.</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p><p>Es vaporitza la mostra i es bombardeja amb un feix d'electrons d'alta energia (70 eV).</p><p>Les molcules de la mostra perden electrons externs i s'ionitzen. En el bombardeig</p><p>tamb es pot produir fragmentaci de les molcules, per trencament d'enllaos</p><p>covalents i es formen fragments de la molcula amb crrega positiva.</p><p>Els ions produts sn accelerats en</p><p>passar entre dues plaques</p><p>carregades elctricament. El feix</p><p>d'ions carregats es fa passar a</p><p>travs d'un camp magntic que</p><p>provoca que els ions es desvin. Els</p><p>ions ms lleugers es desvien ms</p><p>que els ms pesants. Els ions</p><p>desviats finalment impacten en el</p><p>detector. Es processa i s'obt</p><p>l'espectre de masses.</p><p>Tot el sistema es troba sotms a alt buit (l0-2 a l0-3 Pa.) per a evitar collisions entre</p><p>els fragments inics generats.</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p></li><li><p>Espectroscpia d'infraroig (IR)</p><p>I molecular (M+): i ms pesant que correspon a la molcula de pent.</p><p>Pic base: i ms abundant, el que dna el senyal ms fort i s'ajusta al valor del</p><p>100% de l'espectre. En aquest cas, correspon al fragment (M-29)+ a CH3CH2CH2+.</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p><p>M+ = 46</p><p>[CH3CH2OH]+</p><p>Espectre de l'etanol</p><p>m/z 45</p><p>[CH3CH2O]+</p><p>m/z 31</p><p>[CH2OH]+</p><p>m/z 29</p><p>[CH3CH2]+</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p><p>1-propanol (M+ = 60; CH2OH+ = 31)</p><p>M+ = 60</p><p>CH2OH+ = 31</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p><p>2-propanol (M+ = 60; CH3CHOH+ = 45)</p><p>No es veu el pic corresponent M+, ja que l'i molecular s molt inestable i</p><p>es descompon totalment abans de poder ser registrat.</p><p>El fragment ms estable correspon a CH3-CHOH+, ja que la fractura ms</p><p>probable en els alcohols s entre el carboni del OH i el contigu.</p><p>CH3-CHOH+ = 45 </p><p>M+ = 60</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p><p>Exemple d'exercici (PAU):</p><p>Quan sanalitza la butanona, CH3CH2COCH3, per espectrometria de masses, </p><p>sobtenen els segents valors del quocient massa/crrega: 72, 57, 43, 42, 29, </p><p>27 i 15.</p><p>a) Indiqueu, breument, els processos bsics que tenen lloc quan un compost </p><p>s analitzat per espectrometria de masses.</p><p>b) Indiqueu a quin i poden correspondre els pics amb els valors de </p><p>massa/crrega 72 i 43, suposant que la crrega s la unitat. Aquests dos pics </p><p>es veurien si en lloc de la butanona shagus analitzat la propanona? Raoneu </p><p>les respostes.</p><p>Dades: Masses atmiques relatives: C = 12; O= 16; H=1</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p><p>Espectre de la butanona</p><p>m/z 43</p><p>m/z 72</p><p>m/z 57</p><p>m/z 29</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p><p>a) Processos bsics que tenen lloc quan un compost s analitzat per MS:</p><p> La mostra sha de volatilitzar i portar a pressions molt baixes.</p><p> El compost (M) es trenca en diferents fragments que tenen crrega,</p><p>normalment positiva i de valor unitat. Pot quedar compost sense trencar-se i</p><p>carregat positivament (M+, i molecular).</p><p> Els ions sn accelerats en presncia dun camp elctric.</p><p> Els diferents fragments carregats sn separats segons el valor de la relaci</p><p>massa /crrega que tenen.</p><p> Es detecta la quantitat de cadascun dels diferents fragments.</p><p>b) Interpretaci m/z 72 i 43, suposant que la crrega s la unitat:</p><p>La massa molecular de la butanona s 72. Li de quocient massa / crrega</p><p>72 pot correspondre a la butanona ionitzada: CH3CH2COCH3+ (i</p><p>molecular).</p><p>El pic de quocient m/z 43 pot correspondre al fragment CH3CO+, ja que el</p><p>seu pes (dos carbonis, tres hidrgens i un oxigen) s de 43.</p><p>Si enlloc de la butanona tingussim la propanona, CH3COCH3, no es veuria</p><p>el pic de 72, perqu la propanona t menys massa molecular. S que es</p><p>podria veure el pic de 43, ja que la propanona tamb pot fragmentar-se i</p><p>donar li CH3CO+, igual que feia la butanona.</p></li><li><p>Espectrometria de masses (MS)</p><p>M+ = 60</p><p>Lanlisi elemental dun compost orgnic ha donat com a resultat un 13,3 %</p><p>dhidrogen, un 60,0 % de carboni i un 26,7 % doxigen, pel que es pot afirmar</p><p>que es tracta de la substncia que t per frmula emprica C3H8O. En fer</p><p>lespectre de masses del compost sobt el segent:</p><p>A quin compost ens estem referint?</p></li><li><p>L'efecte hivernacle: absorci d'IR</p></li><li><p>L'efecte hivernacle: absorci d'IR</p><p>Aquests gasos absorbeixen fortament radiacions infraroges</p></li><li><p>L'efecte hivernacle: absorci d'IR</p></li><li><p>L'efecte hivernacle: absorci d'IR</p></li><li><p>La capa d'oz: absorci UV</p></li><li><p>La capa d'oz: absorci UV</p></li><li><p>La capa d'oz: absorci UV</p></li><li><p>La capa d'oz: absorci UV</p></li><li><p>La capa d'oz: absorci UV</p></li><li><p>Anlisi estructural</p></li><li><p>Anlisi estructural</p></li></ul>