Kimia Analisis Instrumen PPT IR Pertemuan 1

Hai

1. Infra-Red (IR) Spektroscopy

2. Tinjauan umum

3. Spektrum Infra Merah (IR)

4. Spektrum IR Pengukuran serapan IR oleh suatu molekul sebagai fungsi dari frekuensi ( bil . Gelombang ) Alat: Spektrofotometer IR Hasil: Spektra IR Sinar IR : Sir William Herschell (1800) Daerah IR : 0,75 – 300 m atau 13000 – 33 cm -1 () Pengukuran lazim : 2,5 – 15 m atau 4000 – 667 cm -1 NO Daerah IR Rentang , m Rentang bil gel, cm -1 1 Dekat 0,75 – 2,5 13.000 – 4000 2 Pertengahan 2,5 – 50 4.000 – 200 3 Jauh 50 - 100 200 - 10 Pembagian daerah IR Teknik: Spektrofotometri IR (transisi vibrasional) (transisi vibrasional) (transisi vibrasional + rotasional ) Transisi karena serapan infra merah berkaitan dengan perubahan-perubahan vibrasi dalam molekul .

5. Perubahan Momen Dwi Kutub Supaya molekul dapat menyerap energi infra merah , maka gerakan vibrasi atau rotasinya harus disertai perubahan momen dwi kutub / dipole. Oksigen memiliki keelektronegatifan sehingga NO merupakan molekul yang dipole. Jadi muatan (+) dan (-) terpisah Jika frekuensi sinar tepat sama dengan salah satu natural vibrational frequency dari molekul , maka sinar akan diserap  perubahan amplitudo vibrasi dari molekul .

6. Vibrasi molekuler Posisi relatif suatu atom dengan atom lainnya dalam suatu molekul selalu berubah-ubah akibat dari gerakan vibrasi . Untuk molekul dwi-atom atau tri-atom, vibrasi berhubungan dengan energi absorbsi, namun un tuk poliatom, vibrasi tidak mudah diperkirakan karena banyaknya pusat vibrasi yang berinteraksi. Vibrasi molekul ada 2: Vibrasi ulur (stretching) Vibrasi Tekuk (bending vibrations)  scisoring (v. gunting), rocking (v. Goyang), wagging (v. Kibasan), dan twisting (v. Pelintir).

7. Vibrasi ulur ( streching ) Pada vibrasi ini terjadi perubahan terus menerus dari jarak antara 2 atom didalam suatu molekul (konstanta vibrasi antara dua atom sepanjang sumbu ikatan) . Contoh : -CH3, -CH2-, -NO2, -NH2, dan anhidrida. Simetri (~ 2853 /cm) T ak S imetri (~ 2926 /cm)

8. Vibrasi Tekuk (bending vibration) Terjadi perubahan sudut antara dua ikatan kimia . Ada 2 bidang : Tekuk dalam bidang (in-plane bending)  v. Scissoring dan v. Rocking Tekuk keluar dalam bidang (out-of-plane)  v. wagging dan v. Twisting Keempat vibrasi tersebut hanya mungkin bagi molekul yang memiliki lebih dari dua atom.

9. (~ 720 /cm) (~ 1250 /cm) (~ 1450 /cm) (~ 1250 /cm)

10. Scissoring Rocking Wagging Twisting

11. Frekuensi Vibrasi (... 1) Ji k a ikatan antara pasangan atom ibarat pegas, berdasar hukum Hook : k = tetapan gaya untuk ikatan kimia , m 1 dan m 2 = massa dari atom-atom Berdasarkan tinjauan secara mekanika kantum , maka energi vibrasi itu adalah “ quantisized ”. Sehingga energi potensial molekul yang bervibrasi : Jadi energi vibrasi molekul hanya dapat memiliki nilai-nilai tertentu saja .

12. Teori vibrasi molekul Dasar: Hk . Hooke --------- Osilator Harmonis Benda yang melakukan vibrasi harmonis F = - k x ----------> vibrasi harmonis Contoh : vibrasi ulur Frekuensi vibrasi harmonis Di mana  m = frekuensi, = periode, k = tetapan gaya, m = massa

13. Teori vibrasi molekul Untuk 2 massa , m 1 dan m 2 : m ------   ( massa tereduksi ) m 1 . m 2  = m 1 + m 2 1 k 1 k(m 1 +m 2 ) V m = = 2   2  m 1 + m 2 Bila molekul menyerap s. IR, maka perubahan energi vibrasinya , C = kec . Cahaya = 3.10 10 cm/det ; m = massa (gram) K = tet . Gaya (dyne/cm ; = bil . Gelombang (cm -1 )  

14. Teori vibrasi molekul

15. Teori vibrasi molekul

16. Calculation of stretching frequencies for different types of bonds C = C bonding υ = 1/2 π √ (k/µ) K = 10 x 10 5 dyne/cm µ = (Mc.Mc) / (Mc+Mc) = ((12) (12)) / (12 + 12) = 6 υ = 4,12 √ (10 x 10 5 /6) = 1682/cm (calculated) υ = 1650/cm (eksperimental) C - H bonding υ = 1/2 π √ (k/µ) K = 5 x 10 5 dyne/cm µ = (Mc.Mc) / (Mc+Mc) = ((12) (1)) / (12 + 1) = 0,923 υ = 4,12 √ (5 x 10 5 /0,923) = 3032/cm (calculated) υ = 3000/cm (eksperimental)

17. Frekuensi vibrasi ( ... 2) Setiap jenis ikatan kimia memiliki frekuensi vibrasi berbeda, dan jenis ikatan kimia yang sama juga berbeda frekuensi vibrasinya jika diikat oleh senyawa yang berlainan karena lingkungan berbeda. Tidak ada molekul yang berbeda strukturnya yang memiliki pola absorbsi-IR atau spektrum-IR yang sama ( fingerprint spectrum )

18. 02 IR SPECTROSCOPY

19. 03 Learning Outcomes 01. 02. Describe the work principle of IR spectroscopy Describe the function of part in IR spectroscopy instrumentation

20. 04

21. 05 The IR source consists of an inert solid that is electrically heated to a temperature of 1500-2200 K. This source produces continuous radiation whose maximum intensity at this temperature is between 5000-5900 cm-1. a. Nernst Glower b.Globar c. Kawat nikrom a b c IR Source

22. 06 Interferometer Involves taking a beam of light and splitting it into two equal halves using what's called a beam-splitter (also called a half-transparent mirror or half-mirror).One of the beams (known as the reference beam) shines onto a mirror and from there to a screen, camera, or other detector. The other beam shines at or through something you want to measure, onto a second mirror, back through the beam splitter, and onto the same screen. 2. Interferometer

23. 07 Cells usually have an inlet and outlet with a tap to activate the cell to facilitate filling with the gas to be analyzed. Sample containers with a radiation beam length of less than 1 mm are usually made into a thin layer between two pieces of compounds that are transparent to infrared radiation (NaCl, CaF2, CoI) or a solution can also be made which is then put into the solution cell. The sample container has a radiation beam of less than 1mm. Samples in solid form can be made into pellets, pastes, thin layers using KBr and NaCl 3. Sample Gas Liquid Solid

24. 08 The detector on an infrared spectrophotometer is a tool that can measure or detect radiation energy due to the influence of heat. There are three types of detectors, Pyroelectric transducers Crystal coating of pyroelectric material Insulator Triglycine sulfate 2. Photoconducting Thin layer of semiconductor material (lead sulfide or MCT) 3. Thermocouples The metal plate is connected by a wire bridge 4. Detector

25. 09 IR SPECTROSCOPY QUIZ

26. 10 Scheme

27. Terima Kasih

28. Cara Vibrasi Molekul Berapakah vibrasi fundamental dari suatu molekul 1. Untuk molekul linear Vibrasi fundamental = 3n - 5 n = banyaknya atom Misal: CO2  O = C = O 2. Untuk molekul tidak linear = 3n – 6 D apat terjadi penyimpangan jika: Vibrasi tersebut tidak disertai dengan perubahan netto moment dwi kutub Energi dari 2 jenis vibrasi fundamental adalah identik  1 puncak serapan saja Intensitas serapan vibrasi fundamental sangat kecil sehingga tidak terdeteksi oleh alat Energi suatu jenis vibrasi fundamental terletak di  yang di luar jangkauan alat pendispersi.

29. Penyerapan Sinar Infra Merah (IR) oleh molekul Jika energi sinar –IR diserap oleh molekul , maka energi sinar tersebut akan menyebabkan transisi tingkat energi vibrasi molekul dari tingkat yang rendah ke yang lebih tinggi . Tetapi transisi terjadi jika : Energi sinar infra merah tersebut = ∆ E dari kedua tingkat energi vibrasi yang bersangkutan . Vibrasi yang berubah tingkat energinya itu menyebabkan perubahan netto momen dwikutub . A v3 A v2 A v1 A v0 Energi yang diperlukan untuk transisi dari A v0 ke A v1 = A v1 – A v2 sama dengan A v2 – A v3 .

30. Instrumentasi Spektro-IR (...1) Komponen dasar spektro-IR sama dengan UV-Visibel, namun sumber radiasi, detektor, dan komponen optiknya sedikit berbeda. Umumnya alat IR menggunakan berkas ganda yang dirancang ebih sederhana daripada berkas tunggal. Temperatur dan kelembaban (max. 50 %) ruang harus dikontrol. Kelembaban tinggi mengakibatkan permukaan prisma dan sel alkali-halida akan jadi suram Perubahan suhu berpengaruh pada ketepatan dan kalibrasi λ

31. Interpretasi Spektrum (...pengantar) Spek tro-IR menentukan posisi dan ukuran relatif absorbsi atau puncak serapan. Spektrum IR menggambarkan hubungan intensitas absorbsi (% T) dengan bilangan gelombang (cm -1 ). Untuk mempermudah interpretasi dapat digunakan bagan korelasi dan tabel Kuat lemahnya intensitas puncak dinyatakan dengan huruf S (strong = kuat), M (medium = sedang), dan W (weak = lemah)

32. Latihan Soal Tentukan gugus-gugus fungsi yang terdapat dalam spektra-IR berikut dan tentukan struktur molekul sampel yang memberikan spektra-IR sebagai berikut :