Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 368 de 495

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Vogel: Análise Química Quantitativa

14.3 Deslocamento químico

estados seja igual, não ocorrerá mais absorção de energia e diz-se que o

sistema está saturado. Nestas condições, não se observa mais o sinal de

absorção de RMN. Só pode ocorrer absorção novamente se alguns dos

núcleos que estão no estado de energia mais alta relaxarem para o estado

de energia mais baixa.

Existem dois processos de relaxação: spin–rede e spin–spin. No primeiro

caso, a relaxação caracteriza-se por um tempo T 1 em que os núcleos que estão no estado de energia mais alta perdem energia para o ambiente. No

segundo caso, a relaxação caracteriza-se por um tempo T2 em que não há mudança na população relativa entre os dois estados de energia. Um núcleo

que está no estado de energia mais alta transfere energia para um núcleo que

está no estado de energia mais baixo. O efeito da relaxação spin–spin é o

aumento do tempo de vida do estado de energia mais alto. O princípio da

incerteza de Heisenberg mostra que Δ –34 E ·Δ t ≈ h/2π ≈ 10 J·s, onde ΔE é a

incerteza da energia de um dado nível de energia e Δt é o tempo de vida do

mesmo nível de energia. Se o tempo de vida de um estado é muito curto, a

incerteza de sua energia é muito grande. Do mesmo modo, se o tempo de

vida de um estado de energia é muito grande, sua energia pode ser definida

com alta precisão. Na espectroscopia de RMN, as incertezas de energia dos

estados de energia mais alta contribuem para as larguras dos picos

observadas no espectro. Se a incerteza é grande os picos são muito largos.

 

14.3 Deslocamento químico

 

Até agora só consideramos a aplicação de um campo magnético a um

núcleo isolado. Esta situação não ocorre na prática porque os núcleos, em

geral, estão associados com elétrons em átomos e moléculas. Quando

colocada em um campo magnético, a nuvem de elétrons que envolve o

núcleo tende a circular de modo a produzir um campo em oposição ao

campo aplicado. O campo total a que está submetido o núcleo é, então,

 

Befetivo = Baplicado – Binduzido Como o campo induzido é diretamente proporcional ao campo aplicado,

 

Binduzido = σBaplicado

 

onde σ é uma constante, a constante de blindagem, e

 

Befetivo = B0(1 – σ)

 

onde B0 é o campo magnético aplicado. Assim, o núcleo é blindado em relação ao campo magnético externo. A blindagem depende da densidade

de elétrons em torno de um átomo ou molécula que, por sua vez, depende

do ambiente químico do núcleo. No caso de uma molécula simples como o

metanol (Fig. 14.2), os hidrogênios estão em dois ambientes químicos

diferentes — três ligados ao carbono do grupo metila e um ligado ao

oxigênio do grupo hidroxila — e os hidrogênios de metila absorvem em

uma freqüência mais baixa do que o hidrogênio do grupo hidroxila.

Observe, também, que a área integrada do maior pico é três vezes a do sinal

de OH, isto é, a intensidade do sinal é proporcional ao número de

hidrogênios presentes em cada um dos diferentes ambientes químicos da

molécula.

Se o campo magnético aplicado é igual a 2,35 T, que corresponde à

radiofreqüência de referência igual a 100 MHz, segundo a Eq. 14.1, os

hidrogênios de metila mostram um sinal em freqüências mais altas do que

100 MHz. Este deslocamento químico pode ser descrito como sendo, por

exemplo, 130 MHz ou 1,3 ppm (isto é, 1,3 parte por milhão em 100 milhões

de Hz). Se o espectro de RMN deste composto tivesse sido obtido em 4,7 T

(em que a freqüência de operação é 200 MHz), o deslocamento químico dos

hidrogênios do grupo metila seria 260 Hz, mas ainda 1,3 ppm. Isto mostra

que é mais conveniente indicar os deslocamentos químicos em partes por

milhão em relação à freqüência de referência porque os valores em Hz

dependem da freqüência.

Fig. 14.2 1 Espectro de H-RMN do metanol

 

O procedimento mais usado na medida dos deslocamentos químicos é

usar como referência um padrão interno. No caso das espectroscopias de

RMN de hidrogênio e de 13C, o padrão mais conveniente é o tetrametil-

silano (SiMe 4). O tetrametil-silano (TMS) tem várias vantagens como padrão: pode ser usado como referência para 1 13 H e C na mesma amostra,

tem 12 átomos de hidrogênio e quatro de carbono, logo, uma quantidade

muito pequena dá um sinal intenso, tem um sinal agudo em posição bem

diferente da dos sinais de outros átomos de hidrogênio e carbono, além

disso, é quimicamente inerte, solúvel em muitos solventes orgânicos e

volátil. O deslocamento químico é a diferença de freqüência em ppm entre

um sinal da amostra e o da referência, e seu símbolo é δ, definido como

 

O sinal positivo de δ corresponde a um deslocamento para freqüências mais

altas. Como o TMS não é sólúvel em água, são usados como padrões em

soluções aquosas, normalmente, o 4,4-dimetil-4-silapentanossulfonato de

sódio [14.A], ou DSS, e o sal de ácido carboxílico deuterado [14.B].