Radiatia in infrarosu (IR) este radiatie electromagnetica cu o lungime de unda mai mare decat cea a luminii vizibile, dar mai mica decat cea a microundelor.
Descoperirea IR a fost atribuita lui Wiliam Herschel, un astronom care si-a publicat rezultatele in anul 1800. Herschel a utilizat o prisma ce reflecta lumina provenita de la soare cu ajutorul careia a separat numai partea rosie a spectrului pe care a masurat-o cu ajutorul unui termometru. Surprins de rezultatele obtinute el si-a numit descoperirea "Radiatii calorice". Termenul de infrarosu a aparut mult mai tarziu.
Daca un fascicul de lumina solara este trecut printr-o prisma de sticla, el este descompus in radiatii componente monocromatice, formand un spectru continuu. Formarea spectrului se datoreaza faptului ca lumina alba este compusa din radiatii de culori diferite, fiecare de anumite lungimi de unda, ?, respectiv anumite frecvente ?. Strabatand prisma de sticla, ele sunt refractate in mod diferit.
O molecula poate suferi, prin absorbtia unui foton si in functie de energia acestuia, trei feluri de schimbari sau variatii ale energiei ei: o variatie a energiei de rotatie, o variatie a energiei de vibratie si o variatie a energiei electronice. Fiecare molecula poseda deci niveluri energetice de rotatie, de vibratie si electronice proprii, caracterizate prin numere cuantice. Fiecare tranzitie intre doua niveluri energetice, diferite prin numerele lor cuantice, determina aparitia unei linii, in spectrul de absorbtie al moleculei. Liniile spectrale se contopesc aparand in spectru benzi de absorbtie. O tranzitie de vibratie nu poate fi realizata niciodata singura, ci este totdeauna insotita de tranzitii de rotatie, manifestandu-se fiecare printr-o linie spectrala. Din cauza numarului lor mare si a apropierii lor in spectru ele se contopesc sub forma benzilor caracteristice ale spectrelor in infrarosu, aceste spectre fiind spectre de vibratie - rotatie. Aparatele cu care se studiaza spectrele sunt de diferite tipuri: spectroscopul are o scara gradata cu ajutorul careia se pot identifica si masura diferite lungimi de unda ale radiatiilor luminoase, spectrograful inregistreaza fotografic; spectrofotometrul inregistreaza electronic intensitatile componentelor spectrale.
SPECTROFOTOMETRELE
Spectrofotometrele sunt de diferite tipuri dar se compun, in principiu, din urmatoarele dispozitive esentiale: o sursa luminoasa, un monocromator, un recipient cu pereti transparenti, numita celula de absorbtie, un detector si un dispozitiv pentru masurat si inregistrat efectele detectate. Pentru determinarea spectrelor in infrarosu servesc drept surse luminoase, vergelele de oxizi greu fuzibili (Zr, Th, Ce) sau de carbura de siliciu, incalzite, prin trecerea unui curent electric, la cca. 1500?C. Ferestrele celulelor de absorbtie trebuie confectionate din materiale transparente pentru radiatiile din regiunea spectrala respectiva, in cazul infrarosului, se utilizeaza clorura de sodiu sau alte saruri. Spectrele in infrarosu se determina la solutii ale substantelor in solventi transparenti pentru radiatiile respective sau la gaze aflate la presiune normala. se utilizeaza amestecuri de substante cu KBr, presate sub forma de pastile (KBr este transparenta pentru infrarosu). Monocromatorul are scopul de a separa radiatiile emise de sursa luminoasa in fascicule de raze monocromatice, pe care le dirijeaza apoi succesiv, printr-o fanta, asupra celulei de absorbtie.
Detectorul are rolul de a transforma radiatia transmisa, neabsorbita in alta forma de energie. In spectroscopia in infrarosu servesc drept detectoare termoelemente. Curentul produs de detector este inregistrat, obtinandu-se curbe de absorbtie.
In molecule biatomice, ca HCl, HBr, etc., este posibila o vibratie de un singur fel, aceea prin care atomii se apropie si se indeparteaza unul de altul, osciland in jurul unei pozitii de echilibru.
O asemenea oscilatie este prezentata printr-o curba de energie potentiala in functie de distanta interatomica. La scurtarea legaturii interatomice, energia creste mult mai repede cu scaderea distantei (din cauza respingerii dintre electronii straturilor interioare ale atomilor) decat la alungirea legaturii. Orice deplasare a atomilor fata de distanta de energie minima, mareste energia potentiala a moleculei si determina aparitia unei forte elastice de revenire (P) care tinde sa readuca atomii in pozitia de echilibru sau pozitia de energie minima, intocmai ca intr-un pendul mecanic. Dupa legea oscilatorului armonic, P este proportionala cu deplasarea x (cm) a atomilor, de la pozitia de echilibru: P = kox. Ecuatia corespunde unui oscilator armonic, reprezentat printr-o curba simetrica si anume o parabola. Intr-un astfel de sistem nivelurile de energie sunt situate, conform ecuatiei 4 la distante egale. Frecventa de vibratie fundamentala ?, a unui asemenea oscilator armonic, rezulta din expresia urmatoare:
unde k este constanta de forta si reprezinta forta de revenire raportata la unitatea de lungime a deplasarii; m este masa redusa a celor doi atomi de mase m1 si m2:
Se observa ca ? este cu atat mai mica cu cat masa atomilor este mai mare si cu atat mai mare cu cat constanta de forta k a legaturii chimice este mai mare. Energia totala de vibratie a moleculelor este data de:
Spre deosebire de vibratiile sistemelor macroscopice, vibratiile atomilor in molecule sunt cuantificate. Energia de vibratie a unui oscilator molecular armonic nu poate adopta decat anumite valori proprii, ce satisfac relatia: En = (n + 1/2 ) h? , n = 0, 1, 2, 3, ..., unde h este constanta lui Planck, h = 6,626.10-34 J.s ; n sunt numerele cuantice de vibratie. Vibratia fundamentala corespunde tranzitiei de la nivelul de energie n = 0 la nivelul n = 1. Tranzitiile de vibratie ale moleculelor uzuale corespund unor energii variind intre cca. 1 si 10 kcal/mol. Interpretarea riguroasa a spectrelor IR este
Pentru a descărca acest document,
trebuie să te autentifici in contul tău.
