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¿Cómo determinar la constante de fuerza del enlace C-C en el etanol?

¿Cómo se puede determinar la constante de fuerza teórica del enlace C-C en el etanol?

Se nos pide que calculemos la frecuencia del enlace C-C (teórico), pero para ello necesitamos una constante de fuerza, que no se nos proporciona.

No encuentro la fuente de esta información. La única forma que veo de calcular la constante de fuerza es a partir de la frecuencia del enlace, que es lo que se nos pide que calculemos.

Este profesor tiene fama de omitir detalles importantes

Utiliza la función de estiramiento fundamental de abajo para determinar cuál es la frecuencia del enlace C-C y cuál es el número de onda?

$$\bar{\nu}\mathrm{(cm^{-1})}=1303\sqrt{f\left(\frac{1}{m_1}+\frac{1}{m_2}\right)}$$

donde $f$ es la constante de fuerza en N/cm, y $m_1$ y $m_2$ son las masas en unidades de masa atómica (u). Compara tus valores calculados con el valor experimental. Indique la referencia.

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Jay Bazuzi Puntos 194

Puedes estimar la constante de fuerza (como he hecho yo aquí) y calcular la frecuencia del estiramiento o, como pides, ir por otro lado. En cualquier caso, tienes 2 incógnitas y por tanto el problema que presentas no es resoluble. A continuación, lo resuelvo a partir del valor supuesto de la constante de fuerza: para ir por el otro camino, tendrás que localizar la línea espectral de absorción para el estiramiento C-C en etanol y partir de ahí. De cualquier manera, tendrás que hacer algunas suposiciones con respecto a la masa reducida.

De la página 496 de Química Orgánica por Brown, Iverson, Anslyn y Foote la fórmula

$$\tilde{\nu} = 4.12\;\sqrt{{k\over\mu}}$$

se da, donde $\tilde{\nu}$ es la frecuencia en números de onda, $k$ es la constante de fuerza en unidades de dina/cm, y $\mu$ es la masa reducida (en amu, o unidades de masa atómica). Afirman que para un solo enlace, la constante de fuerza puede tomarse como $5\cdot 10^{5}$ dinas/cm (una aproximación, y tenemos que empezar por algún sitio). El 4,12 difiere de la constante en su ecuación dada debido a la conversión de unidades entre dinas/cm y N/m.

Ahora, a tu problema. El término de masa reducida es (generalmente)

$$\mu = {m_{1}m_{2}\over m_{1} + m_{2}}$$

que es para dos masas. Yo planteo que en el etanol, un carbono tiene una "masa" de 15 amu (es el carbono con 3 hidrógenos unidos) y el otro tiene una "masa" de 31 amu (el carbono más 3 hidrógenos y el oxígeno). Ir más allá de esto implica una cantidad significativa de trabajo avanzado que está más allá del alcance de su problema (pero si usted está interesado, Vibraciones moleculares de Wilson, Decius y Cross es el lugar para empezar).

Calculamos

$$\mu = {15\times 31\over 15+31} = 10.1$$

y sustituir en la primera ecuación

$$\tilde{\nu} = 4.12\;\sqrt{{5\cdot 10^{5}\over 10.1}} = 916\;\mathrm{cm}^{-1}$$

Desde algunos apuntes para una clase en Caltech parece que podemos esperar que un enlace simple carbono-carbono aparezca en cualquier lugar en el rango de 800 a 1200 cm $^{-1}$ .

El número calculado para el tramo C-C aquí (hacia el rango inferior que esperaríamos) se debe a nuestras masas reducidas "hinchadas", y eso tiene sentido intuitivo (si hacemos el mismo cálculo para el etano, con masas reducidas "más ligeras" para cada carbono, obtenemos $\tilde{\nu} = 1063$ cm $^{-1}$ ).

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