13.2
Espectroscopia de IV: Vibração Molecular - Visão Geral
Quando a radiação infravermelha (IV) passa por uma molécula ligada covalentemente, as ligações transitam de níveis vibracionais mais baixos para mais…
As moléculas ativas de infravermelho exibem dois modos fundamentais de vibração que resultam na absorção de infravermelho.
As vibrações de estiramento ocorrem ao longo da linha de ligação e podem alterar o comprimento da ligação. Os alongamentos podem ser simétricos ou assimétricos.
As vibrações de flexão alteram o ângulo de ligação e são subdivididas em modos no plano ou fora do plano. Tesoura e balanço representam o primeiro tipo, enquanto abanar e torcer representam o último.
O número total de vibrações fundamentais permitidas para uma molécula não linear como o etanol contendo n número de átomos é 3n − 6; no entanto, apenas 3n − 5 vibrações fundamentais são permitidas para uma molécula linear como o HCl.
As vibrações de alongamento e flexão de uma ligação ocorrem em uma frequência de absorção fundamental característica e envolvem a excitação de ligações do estado fundamental para o estado excitado de energia mais baixa.
Múltiplos integrais de frequências de absorção fundamentais são denominados harmônicos.
A fusão de duas frequências vibracionais ativas IR produz uma banda combinada.
A vibração acoplada gerada pela interação da banda fundamental com o harmônico ou banda combinada produz ressonância de Fermi.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are the two main types of molecular vibrations in IR spectroscopy?
IR-active molecules exhibit stretching and bending vibrations. Stretching vibrations occur along the bond line and change bond length, while bending vibrations change bond angles without occurring along the bond line. Both types result in characteristic IR absorption when bonds transition from ground state to the lowest energy excited state.
Q2: How do symmetric and asymmetric stretching vibrations differ?
In symmetric stretching, two bonds elongate and contract together simultaneously. Asymmetric stretching involves one bond moving in one direction while another bond moves in the opposite direction. These different motions produce distinct peak splitting in IR spectra through IR spectrum peak splitting symmetric vs asymmetric vibrations.
Q3: What are the types of bending vibrations in IR spectroscopy?
Bending vibrations are classified as in-plane or out-of-plane modes. In-plane bending includes scissoring (symmetric) and rocking (asymmetric) motions. Out-of-plane bending comprises twisting (symmetric) and wagging (asymmetric) motions. These distinct bending modes contribute unique absorption frequencies to IR spectra and enable molecular identification.
Q4: How many fundamental vibrations are allowed for nonlinear and linear molecules?
Nonlinear molecules like ethanol containing n atoms allow 3n − 6 fundamental vibrations. Linear molecules such as HCl allow only 3n − 5 fundamental vibrations. This difference arises because linear molecules have one fewer rotational degree of freedom, reducing the number of independent vibrational modes available.
Q5: What is the difference between overtones and combination bands in IR spectroscopy?
Overtones are integral multiples of fundamental absorption frequencies generated by any physical vibration in a molecule. Combination bands result from the fusion of two IR-active vibrational frequencies. Both phenomena appear in IR spectra and provide additional information about molecular structure beyond fundamental absorption peaks.
Q6: What is Fermi resonance and how does it affect IR spectra?
Fermi resonance is a coupled vibration created by the interaction of a fundamental band with either an overtone or combination band. This interaction produces spectral features that differ from simple superposition of individual bands, affecting peak positions and intensities in IR spectra.
Q7: Why do stretching and bending vibrations occur at characteristic frequencies?
Stretching and bending vibrations occur at characteristic fundamental absorption frequencies because bonds have specific energy requirements to transition from ground state to the lowest energy excited state. These frequencies depend on bond strength, atomic masses, and molecular geometry, making them unique identifiers for different functional groups.