--- title: "A espectroscopia no infravermelho" book: "Química dos ensinos fundamental e médio" subject: chemistry language: pt chapter: 34 exercises: 15 source: https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/34-a-espectroscopia-no-infravermelho license: CC-BY-NC-SA-4.0 credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)" --- # Capítulo 34 — A espectroscopia no infravermelho Numa prateleira de laboratório está um frasco de líquido incolor cujo rótulo foi arrancado. Pode ser um [álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol), uma [cetona](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl) ou um ácido: três famílias que parecem exatamente iguais dentro de um frasco. Uma gota colocada no cristal de um espectrômetro de infravermelho, dois minutos de espera, e aparece na tela um gráfico que responde à pergunta. As ligações de uma [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) vibram, e cada tipo de ligação absorve a luz infravermelha de frequências próprias: um [espectro infravermelho](#def-g11-infrared-spectrum) é uma lista das ligações presentes. **O que você já sabe.** Os [grupos funcionais](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-functional-group) e as famílias ([Capítulo 33](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#ch-g11-functional-groups)). Um [espectro de absorção](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/29-cor-e-absorbancia#def-g11-absorbance-spectrum) mostra quanta luz uma substância absorve em cada comprimento de onda ([Capítulo 29](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/29-cor-e-absorbancia#ch-g11-absorbance)). As [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond) ligam os grupos $\ce{O-H}$ a [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) vizinhas ([Capítulo 30](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#ch-g11-polarity-and-cohesion)). ## 34.1 As ligações vibram Uma [ligação covalente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-covalent-bond) não é rígida: os dois [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) vibram, se aproximando e se afastando muitos milhões de milhões de vezes por segundo, como duas bolas presas por uma mola. Uma mola mais dura (uma [ligação dupla](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-multiple-bond) em vez de uma simples) ou bolas mais leves (um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio em vez de um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono) vibram mais depressa. Uma ligação pode absorver uma luz infravermelha cuja frequência coincide com a da sua vibração: a luz infravermelha, invisível ao olho, tem comprimentos de onda de alguns micrômetros a algumas dezenas de micrômetros. ![Uma ligação representada como uma mola entre duas bolas. A sua vibração tem uma frequência fixada pela rigidez da ligação e pelas massas dos átomos; a luz infravermelha dessa frequência é absorvida.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-infrared/fig-30e8ee55a613.svg) *Uma ligação representada como uma mola entre duas bolas. A sua vibração tem uma frequência fixada pela rigidez da ligação e pelas massas dos [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom); a luz infravermelha dessa frequência é absorvida.* **Definição 34.1 (Número de onda).** O *número de onda* $\sigma$ de uma luz é o inverso do seu comprimento de onda, $\sigma = 1/\lambda$. Em espectroscopia no infravermelho, ele é expresso em $\mathrm{cm}^{-1}$: o número de comprimentos de onda num centímetro. Um número de onda maior quer dizer um comprimento de onda mais curto e uma vibração mais rápida. **Exemplo 34.2 (De um número de onda a um comprimento de onda).** Uma banda em $\sigma = 2000\,\mathrm{cm}^{-1}$ corresponde a $\lambda = 1/2000 = 5.0 \times 10^{-4}\,\mathrm{cm} = 5.0\,\text{µ}\mathrm{m}$. Os [espectros infravermelhos](#def-g11-infrared-spectrum) em geral vão de $4000\,\mathrm{cm}^{-1}$ ($2.5\,\text{µ}\mathrm{m}$) a $500\,\mathrm{cm}^{-1}$ ($20\,\text{µ}\mathrm{m}$). ## 34.2 Ler um espectro infravermelho **Definição 34.3 (Espectro infravermelho, transmitância).** A *transmitância* $T$ de uma amostra num dado [número de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) é a porcentagem da luz infravermelha que a atravessa: $100\,\%$ se nada é absorvido. O *espectro infravermelho* de um composto é o gráfico de $T$ em função do [número de onda](#def-g11-infrared-wavenumber), desenhado por convenção com os [números de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) diminuindo da esquerda para a direita. **Definição 34.4 (Banda de absorção, região da impressão digital).** Uma *banda de absorção* é uma queda da [transmitância](#def-g11-infrared-spectrum): a luz desses [números de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) é absorvida por uma ligação. A sua posição diz qual é a ligação; a sua largura e a sua profundidade completam o quadro. Abaixo de cerca de $1500\,\mathrm{cm}^{-1}$, o espectro fica cheio de bandas que dependem da [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) inteira: essa *região da impressão digital* identifica um composto por comparação com um espectro conhecido, mas é difícil de ler ligação por ligação. **No laboratório — Registrar um espectro.** A maioria dos espectrômetros das escolas e das universidades usa hoje um pequeno cristal de diamante: uma gota de líquido, ou alguns grãos de sólido apertados por uma presilha, é colocada sobre o cristal, e o feixe infravermelho que roça a sua superfície sonda a amostra. Primeiro, o cristal é registrado limpo (o “fundo”), que faz o papel do branco. O cristal é limpo com um lenço de papel e um pouco de [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) entre duas amostras. ## 34.3 As bandas características **Proposição 34.5 (Cada tipo de ligação tem a sua banda).** Cada tipo de ligação absorve numa faixa característica de [números de onda](#def-g11-infrared-wavenumber), quase a mesma de uma [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) para outra: | ligação | n.º de onda ($\mathrm{cm}^{-1}$) | aspecto | | --- | --- | --- | | $\ce{O-H}$ sem ligação de H (gás, diluído) | perto de 3600 | fina | | $\ce{O-H}$ com ligação de H ([álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol) líquido) | 3300–3400 | larga, forte | | $\ce{O-H}$ de um [ácido carboxílico](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) | 2500–3300 | muito larga | | $\ce{N-H}$ de uma [amina](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-amine) | 3300–3500 | média (duas bandas para $\ce{-NH2}$) | | $\ce{C-H}$ de uma cadeia | 2850–2960 | forte | | $\ce{C=O}$ de um [éster](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) | perto de 1735 | muito forte, fina | | $\ce{C=O}$ de um [aldeído](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl) | perto de 1730 | muito forte, fina | | $\ce{C=O}$ de uma [cetona](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl) | perto de 1715 | muito forte, fina | | $\ce{C=O}$ de um [ácido carboxílico](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) | perto de 1710 | muito forte, mais larga | | $\ce{C=C}$ | perto de 1650 | média | | $\ce{C-O}$ de um [álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol) | perto de 1050 | forte | **Demonstração.** Essas faixas são medidas em muitos compostos. Elas se agrupam por ligação porque a vibração de uma ligação depende sobretudo da própria ligação e dos seus dois [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom), e pouco do resto da [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule). ∎ ![Um espectrômetro de infravermelho de bancada, com o seu cristal e a sua presilha.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-infrared/img-0611bc34a775.jpg) *Um espectrômetro de infravermelho de bancada, com o seu cristal e a sua presilha.* ![Onde as principais ligações absorvem. As bandas O-H e N-H ficam à esquerda, a banda C=O, em geral a mais forte, perto de 1700\, cm-1; abaixo de 1500\, cm-1 fica a região da impressão digital.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-infrared/fig-5dd00a491520.svg) *Onde as principais ligações absorvem. As bandas $\ce{O-H}$ e $\ce{N-H}$ ficam à esquerda, a banda $\ce{C=O}$, em geral a mais forte, perto de $1700\,\mathrm{cm}^{-1}$; abaixo de $1500\,\mathrm{cm}^{-1}$ fica a [região da impressão digital](#def-g11-infrared-band).* **Proposição 34.6 (As ligações de hidrogênio alargam a banda O–H).** Quando os grupos $\ce{O-H}$ estão ligados por [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond), como num [álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol) líquido, a sua banda é larga e fica em [números de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) mais baixos (cerca de 3300–$3400\,\mathrm{cm}^{-1}$); sem [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond), como no gás, ela é fina e fica perto de $3600\,\mathrm{cm}^{-1}$. **Demonstração.** Admitido: uma [ligação de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond) puxa o [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio e afrouxa a ligação $\ce{O-H}$, que vibra mais devagar; e como cada [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) está ligada de um jeito um pouco diferente, a banda se espalha por uma faixa. ∎ ## 34.4 Identificar os grupos funcionais **Método 34.7 (Ler um espectro infravermelho).** 1. Olhe primeiro acima de $1500\,\mathrm{cm}^{-1}$ ; deixe a [região da impressão digital](#def-g11-infrared-band) para uma comparação com espectros conhecidos. 2. Perto de $1700\,\mathrm{cm}^{-1}$ : uma banda muito forte indica um grupo $\ce{C=O}$ ( [aldeído](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl) , [cetona](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl) , ácido, [éster](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) , [amida](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-amine) ). 3. Entre 2500 e $3700\,\mathrm{cm}^{-1}$ : uma banda larga perto de $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ indica um $\ce{O-H}$ de [álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol) ; uma banda muito larga de 2500 a $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ com um $\ce{C=O}$ indica um [ácido carboxílico](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) ; bandas médias em 3300– $3500\,\mathrm{cm}^{-1}$ indicam $\ce{N-H}$ . 4. Combine com a [fórmula molecular](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-formulas) para escolher a família, e depois confira com a posição da banda $\ce{C=O}$ , se houver uma. ![Espectros infravermelhos de seis compostos, número de onda em cm-1 (diminuindo para a direita). Só as bandas discutidas no capítulo estão desenhadas; as suas posições vêm de espectros medidos e de tabelas, as suas formas de um modelo simples.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-infrared/fig-bb9a9ce972e7.svg) *[Espectros infravermelhos](#def-g11-infrared-spectrum) de seis compostos, [número de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) em $\mathrm{cm}^{-1}$ (diminuindo para a direita). Só as bandas discutidas no capítulo estão desenhadas; as suas posições vêm de espectros medidos e de tabelas, as suas formas de um modelo simples.* **Exemplo 34.8 (Ler os seis espectros).** O etanol (A) mostra uma banda $\ce{O-H}$ larga perto de $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$, as bandas $\ce{C-H}$ logo abaixo de $3000\,\mathrm{cm}^{-1}$ e uma banda $\ce{C-O}$ forte perto de $1050\,\mathrm{cm}^{-1}$, mas nada perto de $1700\,\mathrm{cm}^{-1}$. No gás (B), a sua banda $\ce{O-H}$ vira uma linha fina em $3666\,\mathrm{cm}^{-1}$. A propanona (C) não tem banda $\ce{O-H}$, mas tem um $\ce{C=O}$ muito forte em $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$. O ácido etanoico (D) mostra os dois: uma enorme banda $\ce{O-H}$ de 2500 a $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ e um $\ce{C=O}$ em $1710\,\mathrm{cm}^{-1}$. O etanoato de etila (E) tem o seu $\ce{C=O}$ em $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$ e um $\ce{C-O}$ forte perto de $1240\,\mathrm{cm}^{-1}$, e nenhum $\ce{O-H}$. A etanamina (F) mostra duas bandas $\ce{N-H}$ médias acima de $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$. ## 34.5 Exercícios **Exercício 34.1 ★.** Converta num comprimento de onda em micrômetros: $\sigma = 3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ e $\sigma = 1050\,\mathrm{cm}^{-1}$. Qual corresponde à vibração mais rápida? **Solução de Exercício 34.1.** $\lambda = 1/3300 = 3.03 \times 10^{-4}\,\mathrm{cm} = 3.03\,\text{µ}\mathrm{m}$; $\lambda = 1/1050 = 9.52 \times 10^{-4}\,\mathrm{cm} = 9.52\,\text{µ}\mathrm{m}$. A banda em $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$, de [número de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) maior, pertence à vibração mais rápida. **Exercício 34.2 ★.** Um comprimento de onda de $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ é absorvido. Dê o [número de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) em $\mathrm{cm}^{-1}$. **Solução de Exercício 34.2.** $10\,\text{µ}\mathrm{m} = 1.0 \times 10^{-3}\,\mathrm{cm}$, logo $\sigma = 1/1.0 \times 10^{-3} = 1000\,\mathrm{cm}^{-1}$. **Exercício 34.3 ★.** Que ligação absorve: perto de $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$; perto de $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ (larga); entre 2850 e $2960\,\mathrm{cm}^{-1}$? **Solução de Exercício 34.3.** O $\ce{C=O}$ de uma [cetona](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl); um $\ce{O-H}$ de [álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol) com [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond); ligações $\ce{C-H}$ de uma cadeia de carbono. **Exercício 34.4 ★.** No espectro C (propanona), encontre a banda mais forte. A que ligação ela pertence? **Solução de Exercício 34.4.** A banda em $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$: a ligação $\ce{C=O}$. **Exercício 34.5 ★.** Por que um [espectro infravermelho](#def-g11-infrared-spectrum) é desenhado com um eixo de [transmitância](#def-g11-infrared-spectrum), com as bandas apontando para baixo? O que quer dizer $T = 100\,\%$? **Solução de Exercício 34.5.** O instrumento mede a luz que atravessa a amostra; onde uma ligação absorve, passa menos luz e a curva desce. $T = 100\,\%$ quer dizer que nenhuma luz desse [número de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) é absorvida. **Exercício 34.6 ★★.** Um composto $\ce{C4H8O}$ mostra uma banda muito forte em $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ e nenhuma banda acima de $3000\,\mathrm{cm}^{-1}$. Outro, $\ce{C4H10O}$, mostra uma banda larga perto de $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ e nenhuma perto de $1700\,\mathrm{cm}^{-1}$. A que famílias eles pertencem? Proponha um nome para cada um. **Solução de Exercício 34.6.** O primeiro tem uma banda $\ce{C=O}$ em $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ e nenhuma banda $\ce{O-H}$. É uma [cetona](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl), a butanona (também chamada butan-2-ona), $\ce{CH3-CO-CH2-CH3}$. O segundo tem uma banda $\ce{O-H}$ e nenhum $\ce{C=O}$: um [álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol), por exemplo o butan-1-ol. **Exercício 34.7 ★★.** Explique por que a banda $\ce{O-H}$ do ácido etanoico é tão larga, mais larga até que a do etanol líquido. **Solução de Exercício 34.7.** Os grupos $\ce{O-H}$ do ácido têm [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond) muito fortes (as [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) se juntam aos pares, cada $\ce{O-H}$ ligado ao $\ce{C=O}$ da outra), e cada [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) está ligada de um jeito um pouco diferente: a banda fica ainda mais afrouxada e espalhada por uma faixa muito larga. **Exercício 34.8 ★★.** Compare os espectros A e B do etanol. O que muda, e por quê? **Solução de Exercício 34.8.** No líquido (A), a banda $\ce{O-H}$ é larga, perto de $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$; no gás (B), onde as [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) estão afastadas e não formam [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond), ela é uma banda fina perto de $3666\,\mathrm{cm}^{-1}$. **Exercício 34.9 ★★.** O propanal e a propanona são os dois $\ce{C3H6O}$. Os dois mostram uma banda $\ce{C=O}$ forte. O infravermelho consegue distingui-los só por essa banda? O que mais poderia ajudar? **Solução de Exercício 34.9.** Mal: perto de $1730\,\mathrm{cm}^{-1}$ para o [aldeído](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl) e de $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ para a [cetona](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl), valores próximos. A comparação do espectro inteiro, [região da impressão digital](#def-g11-infrared-band) incluída, com espectros de referência decidiria, ou outra técnica. **Exercício 34.10 ★★.** Um composto mostra uma banda forte em $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$, uma banda forte perto de $1240\,\mathrm{cm}^{-1}$ e nada acima de $3000\,\mathrm{cm}^{-1}$. A sua fórmula é $\ce{C4H8O2}$. Que família? O ácido etanoico é uma possibilidade? E o ácido butanoico? **Solução de Exercício 34.10.** Um [éster](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) ($\ce{C=O}$ perto de $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$, $\ce{C-O}$ forte, nenhum $\ce{O-H}$), por exemplo o etanoato de etila. O ácido etanoico é $\ce{C2H4O2}$, e não $\ce{C4H8O2}$. O ácido butanoico tem a fórmula certa, mas mostraria a banda $\ce{O-H}$ muito larga dos ácidos: excluído. **Exercício 34.11 ★★.** Com qual dos seis espectros uma [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de propan-1-ol mais se pareceria? E uma de ácido propanoico? Explique. **Solução de Exercício 34.11.** O propan-1-ol é um [álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol): como o A. O ácido propanoico é um [ácido carboxílico](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid): como o D. **Exercício 34.12 ★★★.** O propan-2-ol pode ser oxidado a propanona. Uma aluna acompanha a reação registrando espectros de amostras retiradas a cada dez minutos. Descreva como os espectros mudam. Como ela sabe que a reação está completa? **Solução de Exercício 34.12.** A banda $\ce{O-H}$ larga perto de $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ diminui enquanto uma banda $\ce{C=O}$ forte perto de $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ cresce. A reação está completa quando a banda $\ce{O-H}$ desapareceu e a banda $\ce{C=O}$ para de crescer. **Exercício 34.13 ★★★.** O ácido butanoico e o etanoato de etila são [isômeros](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-isomer), $\ce{C4H8O2}$. Descreva duas diferenças entre os seus [espectros infravermelhos](#def-g11-infrared-spectrum), e explique-as. **Solução de Exercício 34.13.** O ácido butanoico mostra uma banda $\ce{O-H}$ muito larga de 2500 a $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$, o [éster](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) nenhuma; o $\ce{C=O}$ do ácido fica perto de $1710\,\mathrm{cm}^{-1}$, mais largo, o do [éster](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) perto de $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$, fino, com uma banda $\ce{C-O}$ forte perto de $1240\,\mathrm{cm}^{-1}$. O ácido tem um grupo $\ce{O-H}$, com [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond), que também afrouxa um pouco o seu $\ce{C=O}$. **Exercício 34.14 ★★★.** Uma amostra de etanoato de etila mostra, além das bandas esperadas, uma banda larga e fraca perto de $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$. Sugira duas impurezas que poderiam causá-la (pense em como os [ésteres](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) são produzidos, e no [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air)). Como a amostra poderia ser verificada? **Solução de Exercício 34.14.** Etanol que sobrou (o [álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol) a partir do qual o [éster](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) é produzido) ou água (do [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) ou da lavagem): os dois têm grupos $\ce{O-H}$ com [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond). A amostra pode ser comparada com um espectro de referência, secada, destilada, ou ter a sua temperatura de ebulição medida. **Exercício 34.15 ★★★.** A banda $\ce{C=O}$ das [cetonas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl) fica perto de $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$, a de um $\ce{C=C}$ perto de $1650\,\mathrm{cm}^{-1}$, e a banda $\ce{C-O}$ perto de $1050\,\mathrm{cm}^{-1}$. Usando a imagem das duas bolas presas por uma mola, explique por que uma [ligação dupla](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-multiple-bond) $\ce{C=O}$ vibra mais depressa que uma ligação simples $\ce{C-O}$. Por que as bandas $\ce{O-H}$, $\ce{N-H}$ e $\ce{C-H}$ ficam todas em [números de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) altos? **Solução de Exercício 34.15.** Uma [ligação dupla](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/24-estruturas-de-lewis-e-geometria-das-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-multiple-bond) é uma mola mais dura que uma ligação simples entre os mesmos [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom): ela vibra mais depressa, num [número de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) maior (1715 contra $1050\,\mathrm{cm}^{-1}$). As ligações $\ce{O-H}$, $\ce{N-H}$ e $\ce{C-H}$ envolvem todas um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio, o mais leve de todos: bolas leves numa mola vibram depressa, daí [números de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) perto de 2900–$3600\,\mathrm{cm}^{-1}$. ## 34.6 Problema: três frascos sem rótulo **Problema 34.1.** Problema de fim de semana — três frascos perderam os rótulos: qual é qual, e que comprimento de onda a cetona absorve mais? Três frascos de líquido incolor perderam os rótulos. A lista do estoque diz que eles contêm etanol, propanona e ácido etanoico. Os seus espectros são registrados: o frasco 1 dá um espectro como o A, o frasco 2 como o D, o frasco 3 como o C. **Parte I — Os candidatos.** 1. Escreva as [fórmulas estruturais condensadas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-formulas) do etanol, da propanona e do ácido etanoico. 2. Dê as suas [fórmulas moleculares](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-formulas) . 3. Dê o nome do [grupo funcional](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-functional-group) de cada um. 4. Que ligações de cada um deveriam dar uma banda acima de $1500\,\mathrm{cm}^{-1}$ ? **Parte II — Os espectros.** 5. Frasco 1: há uma banda $\ce{C=O}$ ? Uma banda $\ce{O-H}$ ? Que composto é? 6. Frasco 2: descreva as suas duas características mais fortes. Que composto? 7. Frasco 3: que composto? Que banda decide? 8. O cheiro poderia tê-los distinguido? Por que é melhor não tentar? 9. Por que a banda $\ce{O-H}$ do frasco 2 é mais larga que a do frasco 1? **Parte III — [Isômeros](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-isomer).** 10. O metoximetano é um [isômero](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-isomer) do etanol. Escreva a sua fórmula. Que banda do etanol faltaria no seu espectro? 11. O propanal é um [isômero](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-isomer) da propanona. Que banda eles têm em comum? Onde ela fica para cada um? 12. O metanoato de metila, $\ce{HCOO-CH3}$ , é um [isômero](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-isomer) do ácido etanoico. Que banda do ácido faltaria? Onde ficaria a sua banda $\ce{C=O}$ ? 13. Por que uma [fórmula molecular](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-formulas) sozinha não consegue identificar um composto, enquanto a fórmula e o espectro juntos em geral conseguem? **Parte IV — O comprimento de onda.** 14. Qual é o [número de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) da banda mais forte da propanona? 15. Expresse-o em $\mathrm{m}^{-1}$ . 16. Calcule o comprimento de onda absorvido, em metros, e depois em micrômetros. 17. Essa luz é visível? A que tipo de radiação ela pertence? 18. Faça o mesmo para a banda $\ce{C-O}$ do etanol perto de $1050\,\mathrm{cm}^{-1}$ . 19. Qual das duas ligações vibra mais depressa? 20. Dê a resposta final: que comprimento de onda a ligação $\ce{C=O}$ da propanona absorve com mais intensidade? **Solução de Problema 34.1.** **1.** $\ce{CH3-CH2-OH}$; $\ce{CH3-CO-CH3}$; $\ce{CH3-COOH}$. **2.** $\ce{C2H6O}$; $\ce{C3H6O}$; $\ce{C2H4O2}$. **3.** Hidroxila; carbonila ([cetona](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carbonyl)); carboxila. **4.** Etanol: $\ce{O-H}$ e $\ce{C-H}$. Propanona: $\ce{C-H}$ e $\ce{C=O}$. Ácido etanoico: $\ce{O-H}$, $\ce{C-H}$ e $\ce{C=O}$. **5.** Nenhuma banda $\ce{C=O}$, uma banda $\ce{O-H}$ larga: o etanol. **6.** Uma banda $\ce{O-H}$ muito larga de 2500 a $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ e um $\ce{C=O}$ forte perto de $1710\,\mathrm{cm}^{-1}$: o ácido etanoico. **7.** A propanona: a banda $\ce{C=O}$ muito forte em $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$, sem $\ce{O-H}$. **8.** Provavelmente (vinagre, [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute), [álcool](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-alcohol)), mas cheirar líquidos desconhecidos é perigoso; o espectro é seguro e certo. **9.** Os grupos $\ce{O-H}$ do ácido têm [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/30-eletronegatividade-polaridade-e-forcas-intermoleculares#def-g11-polarity-and-cohesion-hydrogen-bond) mais fortes ([moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) aos pares), por isso a banda fica mais baixa e muito mais larga. **10.** $\ce{CH3-O-CH3}$, $\ce{C2H6O}$; ele não tem $\ce{O-H}$, por isso não tem banda $\ce{O-H}$. **11.** A banda $\ce{C=O}$: perto de $1730\,\mathrm{cm}^{-1}$ para o propanal, perto de $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ para a propanona. **12.** A banda $\ce{O-H}$: um [éster](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-carboxylic-acid) não tem $\ce{O-H}$. O seu $\ce{C=O}$ ficaria perto de $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$. **13.** Os [isômeros](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/32-as-moleculas-organicas-esqueletos-e-nomes#def-g11-organic-skeletons-isomer) compartilham uma fórmula; os seus [grupos funcionais](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/33-os-grupos-funcionais-e-as-familias#def-g11-functional-groups-functional-group) diferem, e o espectro mostra os grupos. **14.** $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$. **15.** $1715 \times 100 = 1.715 \times 10^{5}\,\mathrm{m}^{-1}$. **16.** $\lambda = 1/1.715 \times 10^{5} = 5.83 \times 10^{-6}\,\mathrm{m} = 5.83\,\text{µ}\mathrm{m}$. **17.** Não: a luz visível vai de cerca de 0.4 a $0.75\,\text{µ}\mathrm{m}$. É uma radiação infravermelha. **18.** $1.05 \times 10^{5}\ \mathrm{m}^{-1}$, logo $\lambda = 9.52 \times 10^{-6}\,\mathrm{m} = 9.52\,\text{µ}\mathrm{m}$. **19.** A ligação $\ce{C=O}$ ([número de onda](#def-g11-infrared-wavenumber) maior, comprimento de onda mais curto). **20.** Cerca de $5.8\,\text{µ}\mathrm{m}$.