- describir y comprender los términos (a) fase estacionaria, por ejemplo, óxido de aluminio (sobre un soporte sólido) (b) fase móvil: un solvente polar o no polar (c) valor $R_{\text{f}}$ (d) frente del solvente y línea base
- interpretar los valores de $R_{\text{f}}$
- explicar las diferencias en los valores de $R_{\text{f}}$ en términos de interacción con la fase estacionaria y de solubilidad relativa en la fase móvil
Técnicas analíticas
A-Level Química · Tema 37
8:06
Técnicas analíticas (A2): RMN
Aquí hay siete moléculas distintas. Todas tienen cinco carbonos, diez hidrógenos y un oxígeno, y todas contienen un grupo carbonilo. Pésalas en una masa…
Narración en inglés · Subtítulos en inglés + 中文 quemados en pantalla
37.1
Cromatografía en capa delgada
Syllabus
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Cromatografía 色谱 separa una mezcla utilizando dos "fases" —una que permanece inmóvil y otra que se mueve. En cromatografía en capa delgada 薄层色谱 (TLC):
- la fase estacionaria 固定相 permanece inmóvil (por ejemplo, óxido de aluminio sobre una placa).
- la fase móvil 流动相 se mueve (un disolvente polar o no polar que asciende por la placa).
- la línea base 基线 es la línea inicial donde se colocan las manchas; el frente de disolvente 溶剂前沿 es la altura máxima que alcanza el disolvente.
El valor $R_{\text{f}}$ compara cuánto se desplaza una mancha con respecto a cuánto se desplaza el frente de disolvente:
$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance moved by the spot}}{\text{distance moved by the solvent front}}$$
Siempre está entre 0 y 1. Una sustancia que se adhiere más fuertemente a la fase estacionaria, o que es menos soluble en la fase móvil, se desplaza menos y tiene un valor $R_{\text{f}}$ menor.
Explorar
Ruta de TLC
Seguir una mancha hacia arriba en la placa y usar Rf para identificar sustancias.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| chromatography/krəʊməˈtɒɡrəfi/ | 色谱 | sè pǔ |
| thin-layer chromatography/θɪn ˈleɪə krəʊməˈtɒɡrəfi/ | 薄层色谱 | báo céng sè pǔ |
| stationary phase/ˈsteɪʃənəri feɪz/ | 固定相 | gù dìng xiāng |
| mobile phase/ˈməʊbaɪl feɪz/ | 流动相 | liú dòng xiāng |
| baseline/ˈbeɪslaɪn/ | 基线 | jī xiàn |
| solvent front/ˈsɒlvənt frʌnt/ | 溶剂前沿 | róng jì qián yán |
| gas/liquid chromatography/ɡæs ˈlɪkwɪd krəʊməˈtɒɡrəfi/ | 气液色谱 | qì yè sè pǔ |
| retention time/rɪˈtenʃn taɪm/ | 保留时间 | bǎo liú shí jiān |
37.2
Cromatografía gas/líquido
Syllabus
- describir y comprender los términos (a) fase estacionaria; un líquido no polar de alto punto de ebullición (sobre un soporte sólido) (b) fase móvil; un gas inerte (c) tiempo de retención
- interpretar cromatogramas de gases/líquidos en términos del porcentaje de composición de una mezcla
- explicar los tiempos de retención en términos de la interacción con la fase estacionaria
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
En cromatografía gas/líquido 气液色谱 (GLC):
- la fase estacionaria es un líquido no polar de alto punto de ebullición sobre un soporte sólido.
- la fase móvil es un gas portador inerte.
- el tiempo de retención 保留 tiempo es el tiempo que tarda un componente en pasar a través del sistema.
El área de cada pico indica el porcentaje de ese componente en la mezcla. Un componente que interactúa más con la fase estacionaria tendrá un tiempo de retención más largo.
Explorar
Ruta de cromatografía de gases/líquidos
Seguir una muestra volátil a través de la separación en columna hasta un cromatograma.
37.3
Espectroscopía NMR de Carbono-13
Syllabus
- analizar e interpretar un espectro de resonancia magnética nuclear de carbono-13 de una molécula simple para deducir: (a) los diferentes entornos de los átomos de carbono presentes (b) las posibles estructuras de la molécula
- predecir o explicar el número de picos en un espectro de resonancia magnética nuclear de carbono-13 para una molécula dada
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
NMR 核磁共振 (resonancia magnética nuclear) estudia cómo se comportan ciertos núcleos en un campo magnético fuerte.
En la espectroscopía NMR de carbono-13, cada entorno químico 化学环境 diferente de carbono produce un pico. Por lo tanto:
- el número de picos indica cuántos entornos de carbono diferentes hay (los carbonos equivalentes comparten un pico).
- la posición de cada pico (su desplazamiento químico) sugiere el tipo de carbono, lo que ayuda a deducir posibles estructuras.
Explorar
Laboratorio de RMN de Carbono-13
Relacionar entornos de carbono con evidencia de C-13 NMR.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| NMR/ˌen em ˈɑː/ | 核磁共振 | hé cí gòng zhèn |
| chemical environment/ˈkemɪkl enˈvaɪrənmənt/ | 化学环境 | huà xué huán jìng |
37.4
Espectroscopía NMR de Protones (¹H)
Syllabus
- analizar e interpretar un espectro de RMN de protón ($^1\text{H}$) de una molécula simple para deducir: (a) los diferentes entornos de los protones presentes mediante los valores de desplazamiento químico (b) las cantidades relativas de cada tipo de protón presente a partir de las áreas relativas de los picos (c) el número de protones equivalentes en el átomo de carbono adyacente al que está unido el protón dado, a partir del patrón de splitting, utilizando la regla $n + 1$ (limitado a singulete, doblete, triplete, cuartete y multiplete) (d) las posibles estructuras para la molécula
- predecir los desplazamientos químicos y los patrones de splitting de los protones en una molécula dada
- describir el uso del tetrametilsilano, TMS, como patrón estándar para las mediciones de desplazamiento químico
- indicar la necesidad de disolventes deuterados, por ejemplo, $\text{CDCl}_3$, al obtener un espectro de RMN de protón
- describir la identificación de protones O–H y N–H mediante intercambio de protón usando $\text{D}_2\text{O}$
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
La espectroscopía NMR de protones analiza los átomos de hidrógeno (protones 质子 núcleos). Del espectro se obtienen:
- entornos químicos: los protones en diferentes entornos aparecen en valores de desplazamiento químico 化学位移 distintos.
- números relativos: las áreas relativas de los picos dan la proporción de cada tipo de protón.
- acoplamiento 裂分: un pico se divide debido a los protones del carbono vecino, siguiendo la regla $n+1$ — $n$ vecinos equivalentes dividen un pico en $n+1$ líneas:
| Vecinos ($n$) | Patrón |
|---|---|
| 0 | singlete 单峰 |
| 1 | doblete 双峰 |
| 2 | triplete 三峰 |
| 3 | cuarteto 四峰 |
| muchos | multiplete 多重峰 |
Puntos prácticos
- La tetramilsilano 四甲基硅烷 (TMS) es el estándar, fijado en un desplazamiento químico de $0$.
- Se utiliza un disolvente deuterado 氘代溶剂 (como $\text{CDCl}_3$) para que el propio disolvente no produzca señal de protones.
- Agitar la muestra con $\text{D}_2\text{O}$ hace que desaparezcan los picos O–H y N–H (su hidrógeno es intercambiado por deuterio), lo que permite identificar esos protones.
Ejemplo resuelto. Un compuesto $\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2$ presenta tres picos en el NMR de protones: un triplete en $\delta\ 1.2$ (área 3), un cuarteto en $\delta\ 4.1$ (área 2) y un singlete en $\delta\ 2.0$ (área 3). Deduce la estructura. Lee primero las áreas y luego el acoplamiento. Las áreas $3:2:3$ indican tres entornos de protones que contienen 3, 2 y 3 hidrógenos respectivamente. Aplica la regla $n+1$ a la inversa: un triplete (área 3) corresponde a un $\text{CH}_3$ con 2 vecinos, y un cuarteto (área 2) corresponde a un $\text{CH}_2$ con 3 vecinos —se dividen mutuamente, lo cual es característico de un grupo etilo, $\text{CH}_3\text{CH}_2-$. Dado que ese $\text{CH}_2$ aparece tan desprotegido en $\delta\ 4.1$, está unido a un oxígeno. El singlete restante (área 3) es un $\text{CH}_3$ con ningún vecino en $\delta\ 2.0$, por lo que se sitúa junto al C=O. Juntos: $\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3$, acetato de etilo. Un par de triplete-cuarteto casi siempre indica un grupo etilo; identifícalo primero y el resto se deduce fácilmente.
Explorar
Laboratorio de RMN de Protón
Emparejar evidencia de protones con entorno químico y vecinos.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| proton/ˈprəʊtɒn/ | 质子 | zhì zi |
| chemical shift/ˈkemɪkl ʃɪft/ | 化学位移 | huà xué wèi yí |
| splitting/ˈsplɪtɪŋ/ | 裂分 | liè fēn |
| singlet/ˈsɪŋɡlɪt/ | 单峰 | dān fēng |
| doublet/ˈdʌblət/ | 双峰 | shuāng fēng |
| triplet/ˈtrɪplɪt/ | 三峰 | sān fēng |
| quartet/kwɔːˈtet/ | 四峰 | sì fēng |
| multiplet/ˈmʌltɪplɪt/ | 多重峰 | duō zhòng fēng |
| tetramethylsilane/ˈtetrəmiːθɪlsɪleɪn/ | 四甲基硅烷 | sì jiǎ jī guī wán |
| deuterated solvent/ˈdjuːtəreɪtɪd ˈsɒlvənt/ | 氘代溶剂 | dāo dài róng jì |
37.4
Consejos para exámenes
- En el NMR de $^{13}\text{C}$, el número de picos es igual al número de entornos de carbono; usa la simetría para contarlos.
- En el NMR de $^1\text{H}$, utiliza el desplazamiento químico (folleto de datos), la integración (proporción de H) y el acoplamiento (regla $n+1$): un triplete + cuarteto significa un grupo etilo.
- El TMS es la referencia ($\delta = 0$); una prueba con $\text{D}_2\text{O}$ elimina los picos O-H y N-H.
- Combina IR, espectrometría de masas y NMR para deducir una estructura, especificando qué evidencia corresponde a cada característica.
Lecciones interactivas sobre este tema
Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.