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Infrarotspektroskopie – funktionelle Gruppen, Molekülschwingungen und Treibhausgase

ChemieOrganische ChemieAlter 16–17

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Betrachten Sie schematische IR-Spektren von 4000 bis 500 cm⁻¹ für zehn organische Verbindungen, lesen Sie die Banden mit einem Cursor ab und vergleichen Sie sie mit einer Korrelationstabelle (O–H, N–H, C–H, C≡N, C=O, C=C, C–O, Fingerprint-Bereich); anschließend erkennen Sie funktionelle Gruppen in einem Quiz. Weitere Bildschirme zeigen eine Bindung als schwingende Feder, die IR-Absorption von CO₂, H₂O und CH₄ beim Treibhauseffekt und ein UV/Vis-Spektrum, das absorbierte und sichtbare Farbe verknüpft.

Lektion: Infrarotspektroskopie und Nachweis funktioneller Gruppen

Was sie zeigt

Infrarotstrahlung regt Atombindungen zu Schwingungen an. Eine Bindung absorbiert nur bei der Frequenz ihrer eigenen Streck- oder Deformationsschwingung, die von der Bindungsstärke und den Atommassen abhängt. Daher absorbiert jede funktionelle Gruppe in einem typischen Wellenzahlbereich: eine breite O–H-Bande bei 3230–3550 cm⁻¹ in Alkoholen, eine sehr breite O–H-Bande bei 2500–3300 cm⁻¹ in Carbonsäuren und eine starke C=O-Bande bei 1680–1750 cm⁻¹. Der Fingerprint-Bereich unter 1500 cm⁻¹ ist für jede Verbindung einzigartig. Dieselbe Physik erklärt, warum CO₂, H₂O und CH₄ Treibhausgase sind, N₂ und O₂ aber nicht.

So funktioniert es

Wählen Sie im Bildschirm IR-Spektrum ansehen ein Molekül, aktivieren Sie Korrelationstabelle und bewegen Sie den Cursor über das Spektrum; mit Vergleichen mit legen Sie ein zweites Spektrum darüber. Im Quiz funktionelle Gruppen lesen Sie das unbekannte Spektrum ab und wählen eine Stoffklasse; Nächste Frage stellt eine neue. Stellen Sie unter Bindungsschwingung die IR-Wellenzahl auf die Absorptionslinie ein und ändern Sie die Kraftkonstante k. Erkunden Sie danach Treibhausgase und UV/Vis und Farbe.

Einstellbare Parameter

  • Bildschirm IR-Spektrum ansehen, Quiz funktionelle Gruppen, Bindungsschwingung, Treibhausgase, UV/Vis und Farbe
  • Angezeigtes Molekül Hexan, Hex-1-en, Methylbenzol (Toluol), Ethanol, Propanal, Propanon (Aceton), Propansäure, Ethylethanoat (Ethylacetat), Propan-1-amin, Ethannitril (Acetonitril)
  • Vergleichen mit (keins), Hexan, Hex-1-en, Methylbenzol (Toluol), Ethanol, Propanal, Propanon (Aceton), Propansäure, Ethylethanoat (Ethylacetat), Propan-1-amin, Ethannitril (Acetonitril)
  • Schwingende Bindung C–H, C–D (Deuterium), O–H, N–H, C–O, C=C, C=O, C≡N
  • Gas Kohlenstoffdioxid (CO₂), Wasserdampf (H₂O), Methan (CH₄), Stickstoff und Sauerstoff (N₂, O₂)
  • Farbiger Stoff (UV/Vis) Permanganat-Ion MnO₄⁻ (KMnO₄), [Cu(H₂O)₆]²⁺-Ion (CuSO₄-Lösung), [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺-Komplex, Dichromat-Ion Cr₂O₇²⁻, β-Carotin (in Karotten), Chlorophyll a

Fragen zum Erkunden

  1. Wie unterscheiden Sie allein an der O–H-Bande einen Alkohol von einer Carbonsäure?
  2. Welche Bande unterscheidet ein Aldehyd von einem Keton, und wo liegt sie?
  3. Warum absorbieren CO₂ und H₂O Infrarotstrahlung, N₂ und O₂ dagegen nicht?

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