مطيافية الأشعة تحت الحمراء – المجموعات الوظيفية واهتزاز الروابط والغازات الدفيئة
الكيمياءالكيمياء العضوية16–17 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلاعرض أطياف IR تخطيطية من 4000 إلى 500 cm⁻¹ لعشرة مركبات عضوية، وحرّك المؤشر لقراءة الحزم ومقارنتها بجدول الارتباط (O–H وN–H وC–H وC≡N وC=O وC=C وC–O ومنطقة البصمة)، ثم جرّب اختبارًا في تعرّف المجموعات الوظيفية. وتنمذج شاشات أخرى رابطة تهتز كالنابض، وامتصاص CO₂ وH₂O وCH₄ للأشعة تحت الحمراء في ظاهرة الاحتباس الحراري، وطيف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية الذي يربط اللون الممتص باللون المرئي.
الدرس: مطيافية الأشعة تحت الحمراء وتعرّف المجموعات الوظيفية
ماذا تعرض
تجعل الأشعة تحت الحمراء الروابط التساهمية تهتز. ولا تمتص الرابطة إلا عند تردد اهتزاز الشد أو الانحناء الخاص بها، وهو يعتمد على قوة الرابطة وكتلتي الذرتين، لذا تمتص كل مجموعة وظيفية في مدى نموذجي من الأعداد الموجية: حزمة O–H عريضة عند 3230–3550 cm⁻¹ في الكحولات، وحزمة O–H عريضة جدًا عند 2500–3300 cm⁻¹ في الأحماض الكربوكسيلية، وحزمة C=O قوية عند 1680–1750 cm⁻¹. ومنطقة البصمة دون 1500 cm⁻¹ فريدة لكل مركب. والفيزياء نفسها تفسّر لماذا تُعد CO₂ وH₂O وCH₄ غازات دفيئة بينما لا تُعد N₂ وO₂ كذلك.
طريقة الاستخدام
في شاشة «عرض طيف IR» اختر «الجزيء»، وفعّل «جدول الارتباط»، وحرّك المؤشر فوق الطيف لقراءة الأعداد الموجية؛ واستخدم «قارن مع» لتركيب طيف مركب ثانٍ. وفي «اختبار المجموعات الوظيفية» اقرأ الطيف المجهول واضغط زر العائلة؛ ويعطيك «السؤال التالي» سؤالًا جديدًا. وفي «اهتزاز الرابطة» اضبط «العدد الموجي لـ IR» على خط الامتصاص وغيّر «ثابت القوة k». ثم استكشف «غازات الدفيئة» و«طيف UV-Vis واللون».
المعاملات القابلة للتغيير
- الشاشة عرض طيف IR, اختبار المجموعات الوظيفية, اهتزاز الرابطة, غازات الدفيئة, طيف UV-Vis واللون
- الجزيء المعروض الهكسان, هكس-1-ين, ميثيل البنزين (التولوين), الإيثانول, البروبانال, البروبانون (الأسيتون), حمض البروبانويك, إيثانوات الإيثيل (أسيتات الإيثيل), بروبان-1-أمين, إيثان نتريل (الأسيتونتريل)
- قارن مع (لا شيء), الهكسان, هكس-1-ين, ميثيل البنزين (التولوين), الإيثانول, البروبانال, البروبانون (الأسيتون), حمض البروبانويك, إيثانوات الإيثيل (أسيتات الإيثيل), بروبان-1-أمين, إيثان نتريل (الأسيتونتريل)
- الرابطة المهتزة C–H, C–D (الديوتيريوم), O–H, N–H, C–O, C=C, C=O, C≡N
- الغاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂), بخار الماء (H₂O), الميثان (CH₄), النيتروجين والأكسجين (N₂، O₂)
- النوع الملوّن (الأشعة فوق البنفسجية والمرئية) أيون البرمنجنات MnO₄⁻ (KMnO₄), الأيون [Cu(H₂O)₆]²⁺ (محلول CuSO₄), المعقد [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺, أيون ثنائي الكرومات Cr₂O₇²⁻, β-كاروتين (في الجزر), الكلوروفيل a
أسئلة للاستكشاف
- كيف تميّز الكحول من الحمض الكربوكسيلي باستخدام حزمة O–H وحدها؟
- ما الحزمة التي تميّز الألدهيد من الكيتون، وأين تظهر؟
- لماذا يمتص CO₂ وH₂O الأشعة تحت الحمراء بينما لا يمتصها N₂ وO₂؟
