MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS

TÉCNICAS INSTRUMENTALES - TEMA 1

MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS

Espectroscopia se puede definir como el estudio de la interacción de la radiación electromagnética y   la materia. Materia en forma de:

-Átomos:

• Espectroscopías atómicas (no la damos)
• Espectroscopías de rayos X (no la damos)

-Moléculas:

• Espectroscopías moléculas:

• Absorción en la zona visible ultravioleta
• Fluorescencia

Radiación electromagnética: Movimiento ondulatorio producido por un campo eléctrico oscilante (𝐸¯⃗) perpendicular a un campo magnético oscilante (𝐵¯⃗) y perpendiculares ambos a la dirección de propagación.

[pic 1]

Cualquier onda que se mueve en el espacio es un vector con más o menos amplitud.

El vector eléctrico moviéndose en la dirección del espacio con más o menos amplitud (no entra).

𝐸¯⃗0: 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑣: 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

La amplitud es la energía de la onda.

Frecuencia da el color[pic 2]

Parámetros ondulatorios

• Longitud de onda (ƛ): es la distancia tomada en la dirección de propagación entre dos puntos sucesivos de la onda que se encuentran en igual fase. (los dos puntos que están a la misma altura.) Unidades de longitud, normalmente m, µm (10-6m), nm (10-9 m) Una especial Angstrom1Å=10-8cm=10-10m=0,1nm.
• Frecuencia (𝑣): número de ondas (longitudes de onda) que pasan por un punto por unidad de tiempo. Unidades: número de oscilaciones por unidad de tiempo: ciclos/s, s-1=Hz (Hertz o Herzio)
• Número de onda 𝑣̅: Es el inverso de la longitud de onda. Unidades: m-1, cm-1

La relación que existe entre estos parámetros es:

𝑐

𝑣 =[pic 3]

𝜆

= 𝑐 ⋅ 𝑣̅

Siendo C la velocidad de la propagación de la onda, en este caso la velocidad de la luz. Velocidad de la luz en el vacío c=2,998x108 m/s

Cuantización de la energía

La energía de un sistema no puede tomar un rango continuo de valores sino solo algunos discretos:     la energía está cuantizada.

La energía de la radiación electromagnética está cuantizada. Esta constituida por paquetes discretos de energía denominados: fotones. (paquetes de energía)

Energía del fotón: La energía del fotón no puede tener cualquier valor. Está cuantizada. 𝐸 = ℎ ⋅ 𝑣

H: constante de Planck = 6,626x10-34 J · s Energía en Julios.[pic 4]

ℎ ⋅ 𝑐

𝐸 = ℎ ⋅ 𝑣 =[pic 5]

𝜆

= ℎ ⋅ 𝑐 ⋅ 𝑣̅

            E= J   𝑣=Hz n ƛ= m   𝑣̅= m-1

Problema 1

eV (electronvoltio): la energía de una carga sometida a una diferencia de potencial de 1V. Si la carga es la carga del electrón sometida a la diferencia de potencial es 1V, se llama electronvoltio.

La carga del electrón es: e=1,602x10-19 C

La equivalencia del eV con el Julio será (se nos da en el examen): 1eV=1,602x10-19 C x1V= 1,602x10- 9 J

eV es la energía que adquiere un electrón sometido a la diferencia de potencial de 1V. la carga del electrón es e=1,602x10-19 C

Dualidad onda-partícula

Hipótesis por la cual toda partícula lleva asociada una onda, de modo que la partícula, además de su comportamiento corpuscular debe mostrar también un comportamiento ondulatorio.

La cantidad de movimiento de la partícula está relacionada con la longitud de onda asociada por la expresión: 𝑚 ⋅ 𝑣 = h (NO SABER)[pic 6]

ఒ

Zonas del espectro electromagnético

[pic 7]

Radio y Tv, más longitud de onda, menos energéticas. Rayos X, menor longitud de onda y más      energéticas.

Cada zona del espectro tiene unas unidades útiles.

Tipos de energía

Las moléculas tienen energía cinética y rotacional: moviéndose y rotando. También tienen vibracional debido a sus enlaces, pero no son enlaces fijos, son como muelles que se acercan y alejan. Y también electrónica.

Los átomos tienen energía cinética y electrónica, pero no tienen rotacional ni vibracional.

E electrónica: los e del átomo están unidos al núcleo por esta energía, en el átomo por las capas s,p… Y en la molécula por los orbitales sigma, pi…[pic 8]

[pic 9]

Niveles de energía

Están cuantizados. Al estado de más baja energía se denomina estado o nivel fundamental, los otros se llaman estados o niveles excitados. Dentro de cada estado fundamental electrónico, la molécula está vibrando y puede estarlo en niveles vibracional fundamental o más elevados; pero siempre dentro del estado fundamental electrónico o en el que se encuentren.

Dentro del cada estado vibracional, hay niveles rotacionales.

La diferencia de energía entre los niveles rotaciones (𝛥𝐸𝑟) y entre los vibracionales es (𝛥𝐸𝑣). La diferencia de energía entre los estados rotacionales es menor que entre los vibracionales. Para pasar de diferentes estados electrónicos se necesita más energía.

Absorción y emisión

[pic 10]

Las moléculas en sus estados fundamentales pueden absorber radiación.

La diferencia de energía entre el estado excitado y del nivel fundamental para pasar de uno a otra se absorbe radiación y se pasa a un nivel excitado. Cuando pasa a un estado de menor energía se emite energía. Cuando una molécula recibe radiación y no la absorbe, sino que la dispersa con características diferentes de la energía que chocó con la molécula.

Las moléculas cambian de un estado al otro sin pasar por los intermedios.

Dispersión o Light scattering: la dispersa con propiedades diferentes.

Transiciones espectroscópicas (2.4)

Consideramos 3 moléculas en el estado electrónico fundamental, en el estado vibracional fundamental y en un nivel rotacional, al absorber energía puede pasar de un nivel rotacional a otro de más energía dentro del estado vibracional (B), a otro nivel rotacional y vibracional (D) y para pasar a otro estado electrónico absorbe mucha más energía (F).

Espectroscopías y zonas el espectro

[pic 11]

Para un tránsito rotacional se utilizan las microondas, el infrarrojo hace relación a la zona del espectro utilizada (vibracional) y la visible UV se llama también electrónica.

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