Qualquer molécula absorve luz na região do Infravermelho? Explique.
Passo 1
O que o enunciado pergunta: “Qualquer molécula absorve luz na região do Infravermelho? Explique.”
Informações dadas: nenhuma específica sobre uma molécula; a pergunta é geral.
Objetivo aqui: explicar, de forma didática e passo a passo, sob quais condições uma molécula absorve radiação na região do infravermelho (IR) e dar exemplos/contraexemplos.
Informações dadas: nenhuma específica sobre uma molécula; a pergunta é geral.
Objetivo aqui: explicar, de forma didática e passo a passo, sob quais condições uma molécula absorve radiação na região do infravermelho (IR) e dar exemplos/contraexemplos.
Passo 2
O que entendemos por “região do Infravermelho”: definições práticas usadas em espectroscopia.
A faixa mais usada para vibrações moleculares é a chamada mid-IR (infravermelho médio). Em termos de número de onda e comprimento de onda:
A faixa mais usada para vibrações moleculares é a chamada mid-IR (infravermelho médio). Em termos de número de onda e comprimento de onda:
Observação: há também near-IR (próximo do visível) e far-IR (frequências menores), mas para vibrações típicas de ligações químicas a faixa acima é a mais importante.
Passo 3
Noção básica: por que moléculas têm absorções no IR?
Moléculas possuem modos vibracionais (esticamento, deformação, etc.). Cada modo vibracional tem uma frequência natural; se a energia de um fóton de IR coincide com essa frequência, pode ocorrer transição vibracional (absorção). Antes de seguir, como contar modos vibracionais:
Moléculas possuem modos vibracionais (esticamento, deformação, etc.). Cada modo vibracional tem uma frequência natural; se a energia de um fóton de IR coincide com essa frequência, pode ocorrer transição vibracional (absorção). Antes de seguir, como contar modos vibracionais:
- Para uma molécula linear com
átomos: número de modos vibracionais . - Para uma molécula não linear com
átomos: número de modos vibracionais .
Aquié o número de átomos na molécula. Esses modos são os candidatos a absorver radiação na região IR.
Passo 4
Modelo simples (mola-massa) e fórmula da frequência vibracional (ajuda a entender dependência de massa e força da ligação). Para um par de átomos ligados (modelo diatômico):
onde:
-
é o número de onda da vibração (em ); -
é a velocidade da luz (em ); -
é a constante de força da ligação (quanto “mais rígida” é a ligação, maior ); -
é a massa reduzida dos dois átomos, dada por , com massas dos átomos.
Interpretação prática: ligações mais fortes (maior) e átomos mais leves (menor ) dão vibrações em números de onda maiores (comprimento de onda menor); ligações fracas ou átomos pesados vibram em frequências mais baixas.
Passo 5
Critério essencial para absorção IR: mudança no momento dipolar durante a vibração.
Explicando devagar e sem jargão complicado:
Explicando devagar e sem jargão complicado:
- A interação luz–molécula para vibrações envolve um campo elétrico da luz que “empurra” cargas na molécula. Para que haja acoplamento eficaz entre a luz e a vibração, a vibração precisa provocar uma variação no momento dipolo da molécula (ou seja, a distribuição de cargas muda de modo que o dipolo varia no tempo).
- Em termos mais formais: a integral do momento dipolar de transição (transition dipole moment) entre os estados vibracionais não deve ser zero. Mas na prova basta saber o teste prático: “a vibração deve mudar o dipolo elétrico da molécula.”
Passo 6
Consequências simples e exemplos concretos (como usar isso rápido na prova):
- Moléculas heteronucleares diatômicas (por exemplo, CO, HCl) têm momento dipolar quando a ligação oscila — portanto normalmente são ativas em IR: elas absorvem.
- Moléculas homonucleares diatômicas (por exemplo,
, ) NÃO mudam o dipolo quando esticam (ambos átomos iguais, simetria), então o modo fundamental de estiramento é IR-inativo — essas moléculas, no gás ideal, não apresentam bandinhas vibracionais fortes em mid-IR. - Moléculas poliatômicas podem ter modos IR-ativos ou IR-inativos dependendo do modo. Exemplo clássico:
(linear) tem: - modo de estiramento simétrico: não muda o dipolo → IR-inativo;
- modo de estiramento assimétrico: muda o dipolo → IR-ativo;
- modos de flexão (bending): também podem ser IR-ativos.
Isso mostra que nem sempre “todas as vibrações” de uma molécula são vistas; depende de cada modo.
Passo 7
Regras adicionais, exceções e fenômenos fracos (bom saber para a prova e para não se confundir):
- Em um oscilador harmônico ideal a regra de seleção para transições vibracionais é
(só transição fundamental). Num oscilador anharmônico (moléculas reais) aparecem sobretons e bandas de combinação ( ), porém essas linhas são muito mais fracas. Essas sobretons podem levar a absorções fracas em regiões próximas ao IR. - Mesmo moléculas teoricamente IR-inativas (p.ex.
) podem apresentar absorções muito fracas por mecanismos como absorção induzida por colisões (collision-induced absorption) ou transições de ordem multipolar (quadrupolar), mas essas são normalmente fracas e não caracterizam um espectro IR forte. - Em fase condensada (líquido/sólido) a simetria pode ser quebrada por interações intermoleculares, fazendo com que modos antes invisíveis em gás se tornem visíveis no IR da fase condensada.
Passo 8
Relação com outras técnicas: Raman vs IR (dica prática e exame)
- Um modo que não muda o dipolo pode ainda mudar a polarizabilidade da molécula; nesse caso ele é Raman-ativo. Logo, se um modo é IR-inativo frequentemente é Raman-ativo e vice-versa — isso é útil para identificar modos complementares. Exemplo: o estiramento simétrico de
é Raman-ativo, mas IR-inativo.
Passo 9
Como decidir rapidamente em uma prova se uma molécula absorve no IR (passo a passo prático que funciona como “receita”):
- Identifique a molécula e o modo vibracional em questão. Conte
e calcule ou para saber quantos modos existem. - Para cada modo, imagine se durante essa vibração a distribuição de cargas muda — isto é, se o momento dipolo instantâneo varia.
- Se varia → modo IR-ativo (absorve IR).
- Se não varia → modo IR-inativo (não absorve, salvo efeitos muito fracos).
- Use regras de simetria simples: ligações heteronucleares e modos assíncronos em moléculas polares normalmente geram mudança de dipolo; homonucleares e modos totalmente simétricos podem não gerar.
- Lembre-se: sobretons e efeitos de fase/colisões podem causar absorções fracas, mas o teste do dipolo cobre o caso principal.
Resposta
Não — nem toda molécula absorve luz na região do infravermelho. Apenas vibrações que causam variação do momento dipolar da molécula são fortemente IR-ativas; moléculas ou modos que não mudam o dipolo (por exemplo
,
no modo de estiramento fundamental, ou o estiramento simétrico de
) são IR-inativos (podendo apenas mostrar sinais muito fracos por efeitos secundários).