Principios de análisis instrumental

400 Capítulo 16 Introducción a la espectrometría infrarroja «< Termopares. En su forma más simple, un termopar consta de dos uniones que se forman soldando los extremos de dos piezas de un metal como el bismuto, con otro metal distinto como el antimonio. Entre las dos uniones se genera un potencial que varía en función de su diferencia de temperatura. La unión del transductor para radiación infrarroja está cons– tituida por alambres muy finos o por evaporación de los metales sobre un soporte no conductor. En cualquier caso, la unión usual– mente se oscurece para mejorar su capacidad de absorber calor y se coloca en una cámara de vacío sellada con una ventana trans– parente a la radiación infrarroja. El tiempo de respuesta es casi siempre de 30 ms. La unión de referencia, que por lo regular se aloja en la misma cámara que la unión activa, se diseña para que su capaci– dad calorífica sea relativamente grande, y se protege con cuidado contra la radiación incidente. Puesto que la señal del analito se hace pasar por un troceador, solo es importante la diferencia de )) PREGUNTAS YPROBLEMAS temperatura entre las dos uniones; por tanto, la unión de refe– rencia no tiene por qué mantenerse a temperatura constante. Para aumentar la sensibilidad se pueden conectar varios termo– pares en serie para originar lo que se llama termopila. Bolómetros. Un bolómetro es un tipo de termómetro de resistencia construido con tiras de metales como platino o níquel, o con un semiconductor. En este último caso se deno– mina termistor. Los materiales semiconductores manifiestan un cambio de resistencia relativamente grande en función de la temperatura. El elemento sensible es pequeño y está enne– grecido para absorber el calor radiante. Los holómetros no se utilizan tanto como otros transductores de radiación infrarroja para la región del infrarrojo medio. Sin embargo, un bolómetro de germanio, que trabaja a 1.5 K, es un transductor excelente para la radiación comprendida en el intervalo de 5 a 400 cm - J (de 2000 a 25 p,m). El tiempo de respuesta es de solo algunos milisegundos. *Las respuestas de los problemas marcados con un asterisco se proporcionan al final del libro. DEl Los problemas con este icono se resuelven mejor con hojas de cálculo. * 16.1 El espectro infrarrojo delCO presenta una banda de absorción vibracional centrada en 2170 cm- 1 • a) ¿Cuál es la constante de fuerza del enlace del CO? b) ¿En qué número de onda se presentaría el correspondiente pico del 14 CO? * 16.2 El HCl gaseoso presenta una absorción en el infrarrojo a 2890 cm - J debido a la vibración de estiramiento hidrógeno/cloro. a) Calcule la constante de fuerza del enlace. b) Calcule el número de onda de la banda de absorción para el HCl, suponga que la constante de fuerza es igual que la calculada en el inciso a). 16.3 Calcule la frecuencia de absorción correspondiente a la vibración de estiramiento -C-H, considere al grupo como una molécula C-H diatómica sencilla con una constante de fuerza de k= 5.0 X 10 2 N/m. Compare el valor calculado con el intervalo encontrado en las gráficas de correlación, como la que se muestra en la figura 17.6. Repita el cálculo para el enlace con deuterio. 16.4 La constante de fuerza del enlace NO es aproximadamente 1.53 X 10 3 N/m. Tratando el grupo NO como una simple molécula diatómica, calcule la frecuencia de absorción en Hz y la longitud de onda y el número de onda de la absorción fundamental. ¿Cómo se compara esto con el valor experimental encontrado para los dímeros de NO y NO por Varetti, E. L.; Pimentel, G.C., f. Chem. Phys., 1971, 55, p. 3813, DOI: 10.1063/1.1676666. * 16.5 La longitud de onda de la vibración de estiramiento fundamental 0-H es aproximadamente 3.0 p,m. ¿Cuáles son la longitud de onda y el número de onda aproximados del primer sobretono para el estiramiento O-H? * 16.6 La longitud de onda de la vibración de estiramiento fundamental N-Hes aproximadamente 1.5 p,m. ¿Cuáles son la longitud de onda y el número de onda aproximados del primer sobretono para el estiramiento N-H? * 16.7 El dióxido de azufre es una molécula no lineal. ¿Cuántos modos de vibración tendrá este compuesto? ¿Cuántas bandas de absorción se podrían esperar para el dióxido de azufre?