Daerah Serapan Inframerah Senyawa Organik

Penjelasan sebelumnya mengenai cara kerja spektroskopi inframerah telah dijelaskan bahwa spektroskopi inframerah hanya bekerja pada bilangan gelombang 4000-625 cm^-1 atau ada panjang gelombang 1,6-2,5 μ. Pada daerah tersebut, masing-masing gugus fungsi senyawa organik akan mempunyai serapan yang sangat khas. Inilah tabel serapan gugus fungsi senyawa organik lengkap dengan daerah bilangan gelombangnya.

Gugus Fungsi	Bilangan Gelombang (cm-1)
C=O keton	1700 - 1725
C=O aldehida	1720 - 1740
C=O asam karboksilat	1700 - 1725
C=O ester	1735 - 1750
C=O amida	1630 - 1690
C=N imina	1480 - 1690
C=C aromatik	1650 - 1450
C=C alkena	1640 - 1680
N-H amina	3300 - 3500
O-H alkohol	3200 - 3600
O-H asam karboksilat	3600 - 2500
C-H alkana	3000 - 2850
C-H alkena	3020 - 3000
C-H alkuna	3030 - 3000
C-H aromatik	3050 - 3070
C-O eter	1120 - 1140
C-O ester	1300 - 1000
C-O alkohol	1060 - 1040
C-F	1100 - 1000
C-Cl	760 - 540
C-Br	600 - 500

Contoh soal spektroskopi IR:

Diketahui spektrum IR vanilin adalah seperti gambar di atas. Ramalkan gugus fungsi yang ada pada vanilin!

Jawab :

• Serapan melebar pada bilangan gelombang 3200 cm^-1 merupakan serapan O-H alkohol.
• Adanya serapan lemah di daerah 2800 cm^-1 merupakan tipikal C-H aldehida .
• Serapan kuat pada bilangan gelombang 1700 cm^-1 merupakan gugus karbonil.
• Serapan kuat dan tajam pada 1200 cm^-1 merupakan C-O eter.
• Adanya C=C aromatik diketahui dari adanya serapan pada daerah 1600 cm^-1.
• Adanya gugus aromatik diperkuat dengan adanya puncak pada daerah sekitar 3000 cm^-1.

Dapat disimpulkan bahwa senyawa vanilin mempunyai gugus fungsi alkohol, aldehida, eter, dan cincin benzena.

Dan jawabannya adalah benar, karena rumus struktur vanilin adalah sebagai berikut:

Publisher: Unknown - 01.24

Spektroskopi Inframerah (IR)

Pengertian Spektroskopi Inframerah

Spekroskopi inframerah adalah sebuah metode analisis instrumentasi pada senyawa kimia yang menggunakan radiasi sinar infra merah. Spektroskopi inframerah berguna untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat pada senyawa organik. Bila suatu senyawa diradiasi menggunakan sinar infra merah, maka sebagian sinar akan diserap oleh senyawa, sedangkan yang lainnya akan diteruskan. Serapan ini diakibatkan karena molekul senyawa organik mempunyai ikatan yang dapat bervibrasi. Vibrasi molekul dapat dialami oleh semua senyawa organik, namun ada beberapa yang tidak terdeteksi oleh spektrometri IR. Masing-misang ikatan akan mempunyai sifat yang khas. Berikut akan dijelaskan alat spektroskopi infra merah.

Cahaya terdiri dari berbagai frekuensi elektromagnetik yang berkesinambungan yang berbeda. Radiasi inframerah adalah salah satu bagian dari spektrum elektromagnetik yang terletak antara cahaya tampak dan gelombang mikro. Rentang panjang gelombang inframmerah yang digunakan untuk tujuan anlisis adalah 2,5x10^-6 m sampai dengan 16x10^-6 m. Satuan yang digunakan dalam spektroskopi inframerah adalah mikrometer dan bilangan gelombang. Namun para ahli kimia lebih banyak menggunakan satuan bilangan gelombang yaitu cm^-1. Nilai 2,5-16 μ sama dengan 4000-625 cm^-1.

Prinsip Kerja Spektroskopi IR

Jika radiasi inframerah dikenakan pada sampel senyawa organik, beberapa frekuensi bisa diserap oleh senyawa tersebut. Jumlah frekuensi yang melewati senyawa diukur sebagai transmitansi.

Sebuah persentase transmitansi bernilai 100 jika semua frekuensi diteruskan senyawa tanpa diserap. Dalam prakteknya, hal itu tidak pernah terjadi. Dengan kata lain selalu ada serapan kecil, dan transmitansi tertinggi hanya sekitar 95%. Dalam spektrum inframerah, akan terdapat suatu grafik yang menghubungkan bilangan gelombang dengan persen transmitansi. Berikut adalah contoh spektrum IR senyawa 2-heksanol.

Untuk tujuan determinasi gugus fungsi, pengamatan pertama kali ditujukan pada puncak yang berada di daerah bilangan gelombang 4000-1500 cm^-1. Daerah sebelah kanan 1500cm^-1 disebut dengan daerah sidik jari (fingerprint region). Daerah sidik jari akan sangat khas untuk masing-masing senyawa.

Publisher: Unknown - 05.54

Jenis-jenis Vibrasi Molekul

Molekul kimia terutama molekul organik mempunyai ikatan antar atom. Ikatan antar atom tersebut tidak hanya diam, melainkan bervibrasi (bergetar). Molekul organik dapat menerima radiasi inframerah. Molekul yang dapat menerima radiasi inframerah disebut dengan molekul aktif inframerah.

Molekul dapat bervibrasi dengan berbagai cara yang disebut dengan modus vibrasi. Untuk molekul dengan jumlah atom N, molekul linier mempunyai modus vibrasi 3N-5 derajat, sedangkan molekul non linier mempunyai modus vibrasi sebesar 3N-6 derajat. Sebagai contoh adalah H₂O (molekul non linier) akan mempunyai kebebasan atau modus vibrasi sebesar 3x3-6=3 derajat.

Molekul diatomik hanya mempunyai satu ikatan dan hanya mempunyai satu jenis vibrasi. Jika molekul simetris (seperti N₂) maka tidak akan terdeteksi dalam spektrum IR. Jika molekul diatom non simetri seperti CO, maka akan terdeteksi dalam spektrum IR.

Suatu molekul CH₂X₂ dapat bervibrasi dengan berbagai cara. Macam-macam vibrasi yang dapat terjadi adalah sebagai berikut:

Vibrasi Ulur (Stretching Vibrations)

Vibrasi ulur merupakan suatu vibrasi yang mengakibatkan perubahan panjang ikatan suatu molekul, memanjang atau memendek (tarik ulur) dalam satu bidang datar. Dibagi menjadi dua yaitu simetri dan asimetri.

Simetri

Vibrasi uluran simetri adalah ikatan antar atom bergerak bersamaan dalam satu bidang datar.

Asimetri

Vibrasi uluran simetri adalah ikatan antar atom bergerak tidak bersamaan dalam satu bidang datar.

Vibrasi Bengkok (Bending Vibrations)

Selian memanjang dan memendek, ikatan anatar atom dalam molekul organik dapat bergerak mengayun secara beraturan. Hal ini mengakibatkan adanya perubahan sudut ikatan, sehingga ikatan menjadi bengkok. Vibrasi bengkok dibagi menjadi 4 yaitu:

Goyangan (rocking)

Modus goyangan yaitu jika ikatan antar atom mengayun searah dalam satu bidang datar

Guntingan (scissoring)

Modus guntingan yaitu jika ikatan antar atom mengayun berlawanan arah dalam satu bidang datar.

Kibasan (wagging)

Modus kibasan yaitu jika ikatan antar atom mengayun searah tidak dalam satu bidang datar.

Pelintiran (twisting)

Modus pelintiran yaitu jika ikatan antar atom mengayun berlawanan arah tidak dalam satu bidang datar.

Publisher: Unknown - 20.53

Pola Fragmentasi Senyawa Organik

Spektroskopi massa digunakan untuk mengetahui berat molekul suatu senyawa kimia. Selain itu, spektroskopi massa juga bermanfaat untuk mengetahui struktur molekul berdasarkan fragmentasi yang merupakan hasil dari penembakan elektron benergi tinggi.

Masing-masing senyawa kimia akan mempunyai fragmentasi yang khas. Penjelasan dari fragmentasi dalam spektroskopi massa adalah sebagai berikut:

Alkana

Alkana sangat mudah diidentifikasi. Ion molekul alkana mempuyai intensitas rendah. Pola fragmentasi alkana adalah teratur. Pada saat ditembak elektron, yang akan lepas pertama kali adalah gugus CH₃ (m/z = 15) diikuti CH₂ (m/z = 14). Perhatikan contoh fragmentasi n-heksana:

Alkohol

Intemsitas ion molekul alkohol sangat rendah atau bahkan tidak ada. Pada alkohol, bisasanya juga disertai hilangnya H₂O. Perhatikan contoh berikut:

Eter

Fragmentasi pada eter terjadi pada posisi alfa terhadap atom oksigen. Inilah contoh fragmentasi eter:

Aldehida

Pemutusan ikatan yang terletak disamping karbonil berakibat pada hilangnya satu hidrogen (berat molekul berkurang 1) atau hilangnya gugus CHO (berat molekul berkurang 29). Perhatikan contoh 3-fenil-2propenal.

Keton

Sebagian besar fragmentasi keton terjadi pada ikatan C-C yang terletak di sebelah gugus karbonil.

Asam Karboksilat

Asam karboksilat akan mempunyai fragmentasi yang khas. Yang lepas pertama kali adalah gugus OH (berat molekul berkurang 17) atau gugus karbonil (berat molekul berkurang 45) karena adanya pemutusan ikatan di samping gugus karbonil. Perhatikan fragmentasi asam-2-butanoat.

Ester

Fragmentasi ester pada spektroskopi massa cukup rumit. Pemutusan ikatan terjadi pada ikatan C-C disebelah gugus karbonil (yaitu gugus alkoksi) dan mengalami penataan ulang (rearrangements) hidrogen. Perhatikan contoh fragmentasi etil asetat:

Publisher: Unknown - 06.04

Langkah-langkah Interpretasi Spektrum Massa

Pengertian Spektrum Massa

Spektrum massa adalah suatu spektrum yang dihasilkan ketika suatu senyawa kimia dianalisis menggunakan spektroskopi massa. Pada spektrum massa, yang berfungsi sebagai sumbu x adalah intensitas, sedangkan sumbu y adalah massa per muatan (m/z).

Cara Membaca Spektrum Massa

Dalam pembacaan suatu spektrum massa, diperlukan beberapa langkah, yaitu:

Mencari puncak ion molekul

Puncak ion molekul merupakan puncak yang paling tinggi dalam spektrum. Angka nominal berat molekul akan genap jika senyawa tersusun atas atom-atom C, H, O, S, Si. Angka ganjil hanya akan terjadi jika suatu senyawa mengandung unsur N. Perhatikan spektrum massa vanilin berikut ini. Vanilin tidak mempunyai  unsur N. Maka dari itu, vanilin mempunyai m/z genap, yaitu 152.

Spektrum massa vanilin dengan m/z = 152

Mencoba menghitung rumus molekul

Banyak unsur kimia yang mempunyai isotop. Isotop sangat berguna untuk menelusuri asal usul puncak. Penjabaran isotop dalam spektrum massa adalah:
Karbon 12 mempunyai satu isotop yaitu karbon 13. Kelimpahan isotop ¹²C=100%, ¹³C=1,1%. Hal ini berarti setiap 100 atom karbon 12 akan terdapat 1,1% kelimpahan atom karbon 13.

Misalkan ada senyawa yang mempunyai 6 atom karbon, maka masing-masing atom karbon akan berpeluang berbentuk atom karbon C-13 setinggi 1,1%. Maka dari itu, jika puncak ion molekul adalah 100%, maka puncak isotop adalah 6x1,1% = 6,6%.

Hitung jumlah seluruh cincin dan ikatan rangkap

Untuk suatu senyawa dengan rumus C_xH_yN_zO_n, maka jumlah cinci dan ikatan rangkapnya adalah = x - (1/2)y + (1/2)z + 1

Perkirakan struktur molekul

Struktur molekul dapat diketahui dari kelimpahan dan m/z masing-masing fragmen.

Publisher: Unknown - 05.42

Prinsip Dasar Spektroskopi Massa

Spektroskopi massa berbeda dengan spektroskopi yang lain. Spektroskopi massa tidak didasarkan pada serapan radiasi elektromagnetik melainkan pada pengujian senyawa yang dibombardir elektron berenergi tinggi. Jika elektron yang mempunyai energi 10 elektron volt (230,5 kkal/mol) ditumbukkan pada suatu molekul organik, energi yang dipindahkan sebagai hasil dari tumbukan tersebut cukup untuk mengeluarkan salah satu elektron dari molekul.

A:B + e^- → A.B⁺ + 2e^-

Molekul AB terionisasi oleh serangan elektron. Ada dua kemungkinan jenis pemecahan ion molekuler yaitu menjadi ion positif dan suatu radikal atau ion positif dengan suatu molekul netral. Selanjutnya ion-ion anak dapat mengalami pemecahan lagi menjadi fragmen yang lebih kecil. Walaupun secara teoritis suatu molekul organik dapat pecah menjadi fragmen yang paling kecil (atom) namun pada prakteknya hal itu tidak pernah terjadi dan dengan spektroskopi massa hanya diinterpretasi fragmen-fragmen yang umum terjadi pada suatu molekul organik yang mempunyai pola yang spesifik sesuai dengan gugus fungsionalnya.

Walaupun energi yang dibutuhkan 10 eV, namun pada kenyataannya digunakan energi sebesar 70 eV. Elektron yang berenergi tinggi ini tidak hanya menyebabkan ionisasi melainkan juga menyebabkan putusnya ikatan kimia pada molekul. Molekul suatu senyawa dipecah menjadi fragmen yang lebih kecil. Disosiasi dari radikal kation menghasilkan fragmen netral dan fragmen bermuatan positif.

Dalam spektroskopi massa yang terdeteksi adalah fragmen yang bermuatan positif (kation). Spesies ion positif dipisahkan oleh pembelokan dalam medan magnet yang dapat berubah sesuai dengan masssa dan muatannya yang selanjutnya menimbulkan arus ion pada kolektor yang sebanding dengan limpahan relatif lawan perbandingan massa/muatan (m/z).

Spektrometer massa modern dilengkapi dengan komputerisasi pengolahan data yang mampu menampilkan spektrum massa. Puncak yang paling tinggi pada spektrum massa disebut puncak dasar (base peak) dengan intensitas 100%. Kelimpahan ion proporsional dengan intensitas puncak yang dibandingkan relatif terhadap puncak dasar. Setiap molekul mempunyai puncak dasar yang spesifik yang merupakan fragmen yang paling stabil untuk molekul tersebut. Intensitas (limpahan relatif) fragmen yang lain relatif terhadap puncak dasar yang berarti stabilitasnya juga relatif.

Publisher: Unknown - 03.54

Cara Kerja Spektroskopi Massa

Halaman ini menjelaskan tentang cara kerja spektroskopi massa beserta bagian-bagian alatnya.

Spektroskopi massa merupakan suatu instrumentasi kimia yang bertujuan untuk mengetahui massa relatif (Mr) suatu senyawa organik. Spektroskopi massa sangat penting untuk mengelusidasi struktur senyawa organik. Selain Mr, fragmentasi senyawa juga dapat diketahui.

Untuk memahami cara kerja spektroskopi massa, perhatikan gambar berikut:

Secara keseluruhan, tahap-tahap proses yang terjadi dalam spektroskopi massa dapat dibagi menjadi injeksi, ionisasi, akselerasi, defleksi (pembelokan), dan deteksi.

Injeksi

Injeksi merupakan proses pemasukan sampel ke dalaminstrumen spektroskopi massa. Sampel yang diperlukan sanat sedikit (kurang dari 1 mL).

Ionisasi

Sampel yang telah dimasukkan kemudian dipanaskan melebihi titik didihnya, sehingga beralih fasa menjadi gas. Sampel yang telah berbentuk gas dimasukkan dalam ruang ionisasi. Partikel sampel (atom maupun molekul) kemudian ditembak dengan elektron berenergi tinggi (70 eV). Adanya penembakan itu membuat partikel sampel terbombardir, sehingga salah satu elektronnya terpental keluar. Dengan demikian, partikel tersebut menjadi bermuatan positif.

Senyawa yang tembombardir masih dapat dibombardir lebih lanjut untuk membentuk pecahan (fragmen) yang lebih kecil. Maka dari itu, satu senyawa dapat terpecah (terfragmentasi) menjadi beberapa kation.

Kebanyakan fragmen ion positif tersebut bermuatan +1. Sangat sulit untuk melepas lagi satu elektron dari suatu ion positif.

Akselerasi

Ion bermuatan positif didorong sehingga melewati celah kecil. Akselerasi bertujuan supaya ion positif melaju dengan kecepatan tinggi ke tahap selanjutnya.

Defleksi (pembelokan)

Ion positif yang bergerak cepat tersebut selanjutnya dibelokkan dengan medan magnet. Pembelokan ini menyebabkan adanya pemisahan fragmen ion sesuai dengan rasio massa per muatannya. Pada gambar di atas, ada jarak yang jelas antara kation yang paling ringan dan paling berat.

Deteksi

Setelah ion-ion dipisahkan berdasarkan massa per matan (m/z), maka selanjutnya adalah dideteksi beratnya. Sebuah alat pencatat (recorder) berfungsi untuk mencatat massa kation yang berhasil dipisahkan. Detektor hanya bisa mendeteksi ion. Dengan demikian, partikel netral tidak akan terdeteksi.

Publisher: Unknown - 04.47

Sifat Paramagnetik dan Diamagnetik

Larangan Pauli merupakan salah satu prinsip dasar dari mekanika kuantum. Hal tersebut dapat diuji melalui beberapa observasi. Jika dua elektron pada orbital 1s dari sebuah atom helium mempunyai arah yang yang sama atau paralel, medan magnetnya akan menguatkan satu sama lain. Percobaan yang demikian akan membuat helium bersifat paramagnetik.

Pengertian  Paramagnetik dan Diamagnetik

Paramagnetik adalah adalah senyawa yang dapat ditarik oleh medan magnet. Seperti dijelaskan di atas, paramagnetik terjadi bila ada elektron yang berkedudukan paralel (sejajar) satu sama lain dalam satu orbital. Namun jika spin elektron dibuat antiparalel satu sama lain, maka efek magnet akan meniadakan satu sama lain. Dengan demikian akan muncul sifat diamagnetik. Diamagnetik yaitu senyawa yang tidak dapat ditarik oleh medan magnet.

Perbedaan Paramagnetik dan Diamagnetik

Satu syarat paramagnetik yang sangat penting yaitu mempunyai elektron ganjil. Oleh karena itu, perlu sebuah elektron untuk membuatnya menjadi genap. Atom yang mempunyai elektron ganjil dapat bersifat paramagnetik atau diamagnetik.

Contoh Sifat Magnetik

Contoh lain yaitu pada logam litium. Pertanyaan yang muncul, apakah logam litium termasuk diamagnetik? Litium mempunyai nomor atom 3, dengan demikian hanya mempunyai tiga buah elektron. Elektron terluar (ketiga) tidak dapat berpindah ke orbital 1s karena akan mempunyai bilangan kuantum yang sama dengan dua elektron yang lainnya. Dengan demikian, elektron ketiga ini terpaksa menempati orbital yang lebih luar, yaitu 2s. Konfogurasi elektron litium adalah 1s²2s¹, dan diagram orbitalnya adalah:

Atom litium mempunyai satu elektron tak berpasangan. Dengan demikian litium bersifat paramagnetik.

Publisher: Unknown - 06.57