Espectroscopia Infrarroja: Fundamentos y Reglas de Selección

1. Mecanismos de Absorción de Radiación IR. Reglas de Selección

La absorción de radiación infrarroja (IR) produce transiciones entre estados de energía vibracionales de las moléculas. Para que una molécula pueda absorber radiación IR, se deben cumplir las siguientes condiciones:

• Debe producirse un cambio en el momento dipolar de la molécula durante las vibraciones.
• La transición vibracional ocurrirá entre dos niveles energéticos consecutivos (Δv = ±1) y acompañados de transiciones rotacionales simultáneas (ΔJ = ±1). No obstante, Δv puede presentar también valores de ±2 y ±3, pero son mucho menos probables.
• La frecuencia del fotón debe coincidir con la frecuencia natural del movimiento vibracional.
• El momento dipolar está determinado por la magnitud de la diferencia de carga y por la distancia entre ambos centros de carga.
• Un enlace polar es generalmente activo en el IR.
• Un enlace polar en una molécula simétrica tendrá poca o ninguna absorción.
• Una molécula homonuclear diatómica no será activa en el IR; el momento dipolar no se altera durante la vibración, no absorbe IR.
• Solo están permitidos aquellos tránsitos vibracionales en los que Δv = ±1; +1 absorción, -1 emisión.

La inmensa mayoría de moléculas vibran en el nivel v = 0. Cuando hacemos incidir una energía (E = h * ν) tal que coincida con la separación energética entre dos niveles vibracionales, esa molécula absorbe radiación y pasa al siguiente nivel vibracional v = 1. La banda de absorción fundamental es la que va de v = 0 a v = 1 y aparecerá como un mínimo. Cuando tenemos una gran cantidad de moléculas, algunas de estas estarán en niveles v = 1 ó v = 2 y al incidirles una radiación electromagnética (elgm) de su misma frecuencia (ν), pasarán a v = 2 y v = 3 respectivamente. Aparecerán también como mínimos en el espectro de absorción formando lo que se conoce como bandas calientes.

2. Vibración de Moléculas Poliatómicas

Las moléculas poliatómicas vibrarán como un todo, lo consideraremos como una superposición de otras vibraciones más sencillas = vibraciones elementales. El número de formas en las que la molécula puede vibrar es:

• No lineales: 3N - 6
• Lineales: 3N - 5

Que una molécula vibre no quiere decir que dé bandas de absorción en el IR, sino que para dar bandas de absorción deben cumplir unos requisitos:

• La frecuencia de la radiación electromagnética (elmg) debe ser igual a la frecuencia con la que vibra la molécula.
• La molécula debe poseer un momento dipolar permanente.
• La molécula debe experimentar un cambio en el momento dipolar permanente cuando tenga lugar la vibración.

En cada vibración normal, los átomos oscilan con una frecuencia (ν) determinada o frecuencia fundamental. Si estas vibraciones suponen un cambio en el momento dipolar (μ), dan cada una de ellas una banda de absorción fundamental. En caso contrario, se dice que no son activas en el IR y no dan lugar a una banda. (μ = q * r).