Espectroscopia
Simetria Molecular Jonnathan Lopez Diaz Jenyffer Paola Garcia Gomez Luisa Fernanda Gutiérrez Arias Pilar Lorena Pérez Pinzón Resumen: Mediante la espectroscopia infrarroja se analizaron diferentes muestras de algunos reactivos. Después de ello se obtuvo los espectros de cada una de las moléculas y se realizo el análisis completo por medio de simetría molecular, para cada una de ellas, determinando su grupo puntual, polaridad quiralidad y las vibraciones moleculares. Teniendo en cuenta, lo anterior se dice que al compartir un grupo puntual, las características entre algunas moléculas son parecidas, con ligeras variaciones en su espectro, lo cual depende de los átomos que las conforman. Abstract: Using infrared spectroscopy different samples were analyzed by some reagents. Thereafter the spectra obtained in each of the molecules and the full analysis was performed using molecular symmetry, for each of them, determining the point group, chirality polarity and molecular vibrations. Taking into account the above is said to share a point group, the characteristics between some molecules are similar, with slight variations in its spectrum, which depends on the atoms that make up.
Introducción La simetría molecular, se podría definir como la simetría de la estructura formada por diferentes núcleos de la molécula en su posición de equilibrio. Cabe resaltar que la simetría molecular puede depender del estado electrónico de la molecula. Se define como operación de simetría: Aquella transformación de un cuerpo de tal manera que la posición final es indistinguible con respecto a la inicial. Elemento de simetría: Es una entidad geométrica (punto, línea o plano) con respecto al cual se realiza una operación de simetría. Estos elementos de simetría son rotaciones, reflexiones e inversiones. Un cuerpo tiene un eje de simetría de orden n si la rotación de 2π/n radianes en torno a este eje da una configuración indistinguible de la posición inicial. La operación de rotación alrededor de ese eje en sentido contrario a las manecillas del reloj se especifica mediante el símbolo Cn.
Una molécula presenta un plano de simetría (representado por la letra σ) si la reflexión de todos los núcleos con respecto a ese plano da una configuración indiscernible de la inicial. La operación de simetría se denota con el símbolo (σˆ ). Una molécula tiene centro de inversión (representado por la letra i) si al invertir todos los núcleos con respecto a ese centro la configuración es indistinguible de la inicial. Sección Experimental Muestras sólidas: Se tomó con una espátula una pequeña parte de la sustancia sólida y vertió en un mortero. Luego se mezclo, con una porción de bromuro de potasio (KBr) igual a tres veces su cantidad, para así contener una consistencia homogénea. Después, se vertió pequeñas cantidades de esta mezcla dentro del dispositivo de fabricación de pastillas hasta conseguir cubrir toda la superficie interna del mismo. Seguidamente, Se coloco en el otro extremo del dispositivo el tornillo correspondiente y se apretó 1
con fuertemente, posteriormente se verifico que la pastilla haya quedado homogénea y completa. Se introdujo la pastilla en el porta muestras del equipo y se tomó el espectro IR. Muestras líquidas: Se coloco sobre una ventana de KBr una gota de la muestra y se tapo con otra ventana de KBr. Formando así una película líquida homogénea entre las dos ventanas. Se aseguraron las ventanas y se ubicaron dentro del porta muestras del equipo para la toma del espectro IR. Resultados y discusión 1. UREA Y TIO-UREA: La molécula de Urea, comparte una simetría similar a la de la molécula de tio-urea, en las cuales se encontraron las siguientes operaciones de simetría: E, C2, σ y σ´. Que corresponden al grupo puntual C2v.
1
-1
1
-1
- Orbitales Py posee un descriptor de simetría B2
Operación de Simetría Grupo C2v E C2 σ (zx) σ (yz) 1 -1 -1 1 Modos normales de Vibracion (moléculas no lineales): 3N – 6 = 3(10) – 6 = 24 E 24
Γ σ (zx) 1
C2 -1
σ (yz) 8
Para A1 C1 = ¼ {(1 x 24) + (1 x -1) + (1 x 1) + (1 x 8)} C1 = 8 A1 Para A2 C1 = ¼ {(1 x 24) + (1 x -1) + (1 x 1) + (-1 x 8)}
Estas moléculas son polares y quirales, ya que no tiene centro de inversión y no tiene ejes de rotación impropios, y su imagen especular es superponible. La simetría de los orbitales del átomo central (Átomo de Carbono en la Urea, Átomo de Azufre en la Tio-Urea) es la siguiente: - Orbitales 2S2 dan lugar a dos orbitales adaptados por simetría con descriptor de simetría A1. - Orbitales Pz son simétricos a todas las operaciones de simetría del grupo, por consiguiente poseen un descriptor de simetría A1.
Operación de Simetría Grupo C E C2 σ (zx) σ (yz) 1 1 1 1
C1 = 4 A2 Para B1 C1 = ¼ {(1 x 24) + (-1 x -1) + (1 x 1) + (-1 x 8)} C1 = 4 B1 Para B2 C1 = ¼ {(1 x 24) + (-1 x -1) + (-1 x 1) + (1 x 8)} C1 = 8 B2 Γ Traslaciones
8A1 1
4A2 0
4B 1
8B2 1
Rotaciones
0
1
1
1
Vibraciones
7A1
3A2
2B1
6B2
Teniendo en cuenta todo lo anterior, se deduce que las moléculas diferentes con igual simetría, poseen características semilares en sus Operación de Simetría Grupo C2v propiedades tales como la polaridad y quiralidad. E C2 σ (zx) σ (yz) Además, es importante identificar de forma clara el grupo puntual, ya que esto da plena seguridad
- Orbitales Px posee un descriptor de simetría B1
2
de sus propiedades y análisis simétrico de la molécula.
E 1
σ -1
2. TIO-ACETAMIDA: En esta molecula, se determinaron las siguientes operaciones de simetría E, σ. Que corresponden al grupo puntual Cs. Modos normales de Vibracion (moléculas no lineales): 3N – 6 = 3 (9) – 6 = 21
Γ E 27 Esta molécula es polar ya que no tiene centro de inversión y es aquiral, puesto que sus imágenes especulares no son superponibles. La simetría de los orbitales del átomo central (Átomo de Carbono) es la siguiente:
Para A’ C1= ½ (1x27) + (1x6) =16.5 Para A” C1= ½ (1x27) – (1x6) = 10.5
- Orbitales 2S2 del carbono poseen una simetría de tipo A’.
Γ Traslaciones
- Orbitales Pz son simétricos a todas las operaciones de simetría del grupo, por consiguiente posee un descriptor de simetría A’
Rotaciones
Operación de Simetría Grupo Cs E σ 1 1
Σ 6
E
Σ
Vibraciones
3. CLOROFORMO: En esta molécula, se determinaron las siguientes operaciones de simetría. E, 2C3, 3σv. Que corresponde al grupo puntual C3v.
Orbitales Px posee un descriptor de simetría A’.
Operación de Simetría Grupo Cs E σ 1 1 Esta molécula es polar ya que no tiene centro de inversión y es quiral ya que no tiene un eje de rotación impropio y su imagen especular es superponible.
La simetría de los orbitales del átomo central (Átomo de Carbono) es la siguiente: - Orbitales Py posee un descriptor de simetría A”. Operación de Simetría Grupo Cs
- Orbitales 2S2 del carbono poseen una simetría de tipo A’.
3
- Orbitales Pz son simétricos a todas las operaciones de simetría del grupo, por lo que poseen un descriptor de simetría A1
Operación de Simetría Grupo C3v E 2C3 3σ3 1 1 1
Vibraciones 4. DICLORO-METANO: En esta molécula, se determinaron las siguientes operaciones de simetría. E, σ. Que corresponde a el grupo puntual Cs.
-Orbitales Px posee un descriptor de simetría E.
Operación de Simetría Grupo C3v E 2C3 3σ3 2 -1 0
Esta molecula es polar ya que no tiene un centro de inversión, y es aquiral ya que su imagen especular es no superponible. La simetría de los orbitales del átomo central (Átomo de Carbono) es la siguiente:
- Orbitales Py posee un descriptor de simetría E.
Operación de Simetría Grupo Cs E 2C3 3σ3 2 --1 0
Modos normales de Vibracion (moléculas no lineales): 3N – 6 = 3 (5) – 6 = 9
E 15
Γ 2C3 -4
3 σv 3
Para A1 C1= 1/6 (1x15) + (1x (-4)) + (1x3) = 14/6
- Orbitales 2S2 del carbono poseen una simetría de tipo A’. - Orbitales Pz son simétricos a todas las operaciones de simetría del grupo, por lo que poseen un descriptor de simetría A’
Operación de Simetría Grupo Cs E σ 1 1 Orbitales Px posee un descriptor de simetría A’.
Operación de Simetría Grupo Cs E σ 1 1
Para A2 - Orbitales Py posee un descriptor de simetría A”.
C1= 1/6 (1x15) + (1x (-4)) + (-1x3) = 8/6 Para E C1= 1/6 (2x15) + (-1x (-4)) + (0x3) = 34/6 Γ Traslaciones
E
2C3
Operación de Simetría Grupo Cs E σ 1 -1
3 σv Modos normales de Vibracion (moléculas no lineales): 3N – 6 = 3 (9) – 6 = 21
Rotaciones 4
Γ E 15
σ 3
Cálculos y preguntas adicionales
Para A’ C1= ½ (1x15) + (1x3) =16.5 Conclusiones
Para A” C1= ½ (1x15) – (1x3) = 10.5 Γ Traslaciones
E
σ
Rotaciones Vibraciones
Teniendo en cuenta lo observado las moléculas de tio-acetamida y Dicloro-metano poseen la misma simetría por lo tanto pertenecen a un mismo grupo puntual, donde poseen algunas propiedades semejantes como lo son la polaridad, quiralidad. Pero, se tiene que tener en cuenta que sus representaciones reducibles de modos normales de vibración no lo son, debido a que el numero de átomos en cada molécula difieren cambian levemente en sus representaciones reducibles y el número de vibraciones que presenta cada molécula
Se observo que cada familia de un grupo puntual, presenta propiedades similares entre sus moléculas. Teniendo en cuenta la teoría de grupos y la simetría molecular, se observo detalladamente el comportamiento y la formación de los enlaces moleculares, desde el punto de vista de los orbitales atómicos. Al observar el análisis molecular teórico y el realizado en la práctica de laboratorio, se observo una gran similitud, puesto que los dos métodos se complementan y el porcentaje de error que puede existir, entre los mismos, es relativamente bajo. Fecha: 4 de Abril de 2013 Palabras clave: simetría molecular · Orbitales ·infrarrojo · Operaciones · Modos normales de vibración
http://www.google.com.co/#hl=es&sclient=psyab&q=simetria+molecular&oq=simetria+molecular&gs_l=hp.3..0l5j0i30l5.6 0033.62141.2.63353.9.8.0.1.1.8.637.4602.58.8.0...0.0...1c.1.7.hp.GKKkzal3CTg&psj=1&fp=1&biw=1517&bih=741&b av=on.2,or.r_qf.&cad=b http://www.google.com.co/search? hl=es&psj=1&bav=on.2,or.r_qf.&biw=1517&bih=741&um=1&q=UREA %20planos%20de%20simetria&ie=UTF8&sa=N&tab=iw&ei=y4ZTUZOeO8Lf0gG_54GQBg http://www.uib.es/depart/dqu/dqf/paco/docencia/QFII-c7.pdf
5
