4- Identifique as principais bandas do poliestireno no espectro de infravermelho.

Passo 1

O enunciado pede: identificar as principais bandas do poliestireno no espectro de infravermelho fornecido.
Informações relevantes dadas (peguei estes dados da imagem enviada):
  • Há um espectro de infravermelho (transmitância vs número de onda) do poliestireno.
  • Observam-se bandas na região em torno de \sim 3100\\ \text{cm}^{-1}, na região 2900\!-\!2850\\ \text{cm}^{-1}, um conjunto forte entre 1600 e 1450\\ \text{cm}^{-1}, e várias bandas intensas na região 1000\!-\!700\\ \text{cm}^{-1}.
    O que devo entregar: lista das principais bandas (posições aproximadas) e suas atribuições vibracionais (quais ligações ou modos vibracionais correspondem a cada banda).

Passo 2

Breve aula prática sobre espectroscopia IV (IR) para entender como identificar bandas.
  • O que mede o IV? O infravermelho detecta transições vibracionais de ligações químicas: quando uma ligação vibra e sua distribuição de carga muda, ela absorve numa frequência característica. Essas frequências aparecem em número de onda (cm^{-1}).
  • Como ler: regiões altas (maior número de onda, p.ex. 4000\!-\!2500\\ \text{cm}^{-1}) correspondem a estiramentos envolvendo H (como C–H, O–H, N–H). Regiões médias ( 2000\!-\!1500\\ \text{cm}^{-1}) envolvem estiramentos duplos (C=C, C=O) e conjugações. A região abaixo de 1500\\ \text{cm}^{-1} é a “fingerprint” (impressão digital) com muitos modos de deformação e estiramentos de esqueleto.
  • Regras úteis (valores típicos em poliestireno e aromáticos):
    • Estiramento C–H aromático (=!C–H): 3100\!-\!3000\\ \text{cm}^{-1}.
    • Estiramento C–H alifático (sp^3): 2950\!-\!2850\\ \text{cm}^{-1}.
    • Estiramento C=C aromático (anéis) / modos do anel: 1600, 1580, 1500\!-\!1450\\ \text{cm}^{-1}.
    • Deformações C–H (scissoring/rocking) e bandas de metila/metileno: 1470\!-\!1370\\ \text{cm}^{-1}.
    • Modos fora do plano do H aromático (out-of-plane C–H bending) que identificam substituição do anel: típicos em 900\!-\!650\\ \text{cm}^{-1} (picos característicos em 770\!-\!700\\ \text{cm}^{-1} para anel monosubstituído).
    • Bandeiras de combinação e overtone (aromáticos) aparecem entre 2000\!-\!1600\\ \text{cm}^{-1} como bandas fracas/medianas.

Passo 3

Identificação da banda de estiramento =\!C\!-\!H aromático no espectro.
  • Conceito: átomos de hidrogênio ligados a carbonos sp^2 do anel aromático vibram em frequências um pouco maiores que C–H sp^3, gerando absorções em 3100\!-\!3000\\ \text{cm}^{-1}.
  • Observação na imagem (peguei a posição da imagem): nota-se uma absorção fraca/mediana perto de \sim 3025\\ \text{cm}^{-1}. Logo atribuímos essa banda ao estiramento aromático =\!C\!-\!H do anel fenil do poliestireno.
  • Dica de prova: se vir um pico fino perto de 3100\!-\!3000\\ \text{cm}^{-1}, pense imediatamente em hidrogênios aromáticos.

Passo 4

Identificação das bandas de estiramento C–H alifático (cadeia do polímero).
  • Conceito: hidrogênios ligados a carbonos sp^3 (cadeia principal ou substituintes metílicos/metanoicos) absorvem tipicamente em 2950\!-\!2850\\ \text{cm}^{-1} (assimetrias e simetrias de CH_3/CH_2).
  • Observação na imagem (peguei da figura): aparecem bandas mais fracas em torno de \sim 2920\\ \text{cm}^{-1} e \sim 2850\\ \text{cm}^{-1}. Estas correspondem aos estiramentos assíncrono e síncrono de C–H alifático do esqueleto do poliestireno (unidades vinílicas/hidrocarbono do polímero).
  • Lembrete prático: bandas intensas em 2900\\ \text{cm}^{-1} quase sempre indicam C–H alifático.

Passo 5

Identificação das bandas do anel aromático (estiramento C=C e modos do anel).
  • Conceito: os anéis aromáticos têm modos de estiramento C=C e vibrações do anel que aparecem em 1600\!-\!1450\\ \text{cm}^{-1}, frequentemente como dois ou três picos característicos (ex.: ~ 1600 e ~ 1500\\ \text{cm}^{-1}).
  • Observação na imagem (peguei da figura): há um conjunto forte de bandas em \sim 1600\\ \text{cm}^{-1}, \sim 1580\\ \text{cm}^{-1} e \sim 1490\!-\!1450\\ \text{cm}^{-1}. Estas são atribuídas aos estiramentos do anel fenólico/aromático e modos combinados do anel do fenila no poliestireno.
  • Como raciocinar na prova: presença simultânea de bandas em 1600 e 1500\\ \text{cm}^{-1} é assinatura típica de anel aromático.

Passo 6

Bandas de deformação CH (methylene/methyl) e modos do esqueleto do polímero.
  • Conceito: deformações (bending) de CH_2/CH_3 e modos de dobramento aparecem em 1470\!-\!1370\\ \text{cm}^{-1} (ex.: scissoring em 1465\!-\!1450\\ \text{cm}^{-1}, e deformação em 1375\\ \text{cm}^{-1}). Além disso, o esqueleto C–C do polímero gera bandas na região 1400\!-\!1000\\ \text{cm}^{-1}.
  • Observação na imagem (peguei da figura): nota-se uma banda em torno de \sim 1450\\ \text{cm}^{-1} (C–H deformation / C–C backbone) e outras bandas médias entre 1300 e 1000\\ \text{cm}^{-1}. Atribuímos \sim 1450\\ \text{cm}^{-1} a deformações de C–H e ao esqueleto policíclico.

Passo 7

Fingerprint e bandas características do poliestireno na região 1000\!-\!700\\ \text{cm}^{-1}.
  • Conceito: a região abaixo de 1000\\ \text{cm}^{-1} contém modos fora do plano (out-of-plane) do =\!C\!-\!H aromático e modos de flexão que são muito diagnosticos para o padrão de substituição do anel. Para um anel monosubstituído (como o fenil do poliestireno), espera-se bandas fortes próximas de 770\!-\!700\\ \text{cm}^{-1} e outro pico por volta de 690 675\\ \text{cm}^{-1}.
  • Observação na imagem (peguei da figura): existem bandas intensas em \sim 700\!-\!690\\ \text{cm}^{-1} e outros picos entre 900 e 1000\\ \text{cm}^{-1}. Isso confirma o anel fenila monosubstituído presente no poliestireno (essas bandas são uma “impressão digital” do fenil).
  • Dica prática: para distinguir substituição do anel, olhe as bandas de out-of-plane C–H em 900\!-\!650\\ \text{cm}^{-1}.

Passo 8

Breve comentário sobre overtones/combinação e intensidade das bandas aromáticas.
  • Conceito: aromáticos frequentemente mostram bandas fracas/medianas entre 2000\!-\!1700\\ \text{cm}^{-1} que são combinações/overtones das vibrações do anel. Não são tão úteis para identificação primária, mas ajudam a confirmar presença de anel aromático.
  • Observação na imagem (peguei da figura): região 2000\!-\!1700\\ \text{cm}^{-1} apresenta pequenas ondulações, compatíveis com overtone/combinação típicas de aromáticos.

Passo 9

Resumo didático — como memorizar rapidamente (truque para prova)
  • Checklist rápido ao ver um espectro e suspeitar de poliestireno:
    1. Pico fino/leve em 3100\!-\!3000\\ \text{cm}^{-1} =\!C\!-\!H aromático.
    2. Bandas em 2950\!-\!2850\\ \text{cm}^{-1} → C–H alifático (cadeia).
    3. Bandas fortes em 1600 e 1500\!-\!1450\\ \text{cm}^{-1} → estiramento do anel aromático / modos do anel.
    4. Bandas em 1470\!-\!1370\\ \text{cm}^{-1} → deformações C–H (CH_2/CH_3) e esqueleto.
    5. Bandas características em 770\!-\!690\\ \text{cm}^{-1} → out-of-plane C–H, indicando fenila monosubstituído (marcador do poliestireno).
  • Esses cinco pontos são suficientes para identificar poliestireno por IR na prova.

Passo 10

Apresentação das atribuições finais com posições aproximadas (cada linha: posição ≈ atribuição).
  • Vou listar as bandas principais, com a posição aproximada (peguei as posições observadas na imagem) e a atribuição vibracional.

Resposta

\sim 3025\\ \text{cm}^{-1}: estiramento =\!C\!-\!H aromático (H do anel fenila).
\sim 2920\\ \text{cm}^{-1} e \sim 2850\\ \text{cm}^{-1}: estiramentos C–H alifático (cadeia do polímero, CH_2/CH_3).
\sim 1600\\ \text{cm}^{-1} e \sim 1500\!-\!1450\\ \text{cm}^{-1}: estiramentos do anel aromático (C=C do fenil / modos do anel).
\sim 1470\!-\!1375\\ \text{cm}^{-1}: deformações C–H (scissoring) e modos do esqueleto C–C.
\sim 1100\!-\!1000\\ \text{cm}^{-1}: modos de deformação/estiramento do esqueleto e bandas de fingerprint.
\sim 900\!-\!700\\ \text{cm}^{-1}: bandas fora do plano (out-of-plane) de =\!C\!-\!H aromático — picos característicos de anel monosubstituído (marcador clássico do poliestireno).

Exercícios relacionados