Espectroscopía de Absorción Molecular

Transcripción

1 Espectroscopía de Absorción Molecular La espectroscopía consiste en el estudio cualitativo y cuantitativo de la estructura de los átomos o moléculas o de distintos procesos físicos y químicos mediante el empleo de la absorción, emisión o dispersión de radiación electromagnética (luz). Las técnicas espectroscópicas se basan en la interacción luz-materia. Esta interacción puede provocar un cambio en la dirección de la radiación y/o transiciones entre niveles de energía de átomos o moléculas.

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3 Radiación electromagnética La radiación electromagnética: es un tipo de energía que se transmite a enormes velocidades, a través del espacio. La luz (radiación visible): es la radiación electromagnética más fácilmente reconocible. Otras manifestaciones, menos obvias, rayos X, los ultravioleta y las microondas. son los

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5 Cristales de hielo, estudiados por Wilson Bentlev en 1902 Dr. Masaru Emoto, un visionario investigador de Japón. A través de experimentos repetibles, demostró que los pensamientos humanos y las emociones pueden alterar la estructura molecular del agua.

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10 Radiación electromagnética Según Maxwell, la luz es una radiación electromagnética caracterizada por una frecuencia ( ), longitud de onda ( ) relacionadas por la expresión: = c

11 Naturaleza de la Radiación Electromagnética Fenómeno ondulatorio: A diferencia de otros fenómenos ondulatorios, tales como el sonido, las radiaciones electromagnéticas no requieren ningún soporte material para desplazarse se transmiten sin dificultad en el vacío. La radiación electromagnética se puede describir como un campo eléctrico que experimenta oscilaciones sinusoidales a medida que se desplaza por el espacio

12 Propiedades de la onda: Longitud de onda ( ): distancia lineal entre dos máximos o mínimos sucesivos de la onda. El número de onda : es el inverso de la longitud de onda en cm (1/ ) Amplitud (A): longitud del vector eléctrico en el máximo de la onda. Define potencia, no energía (E=h ) Periodo (T): tiempo transcurrido entre el paso de dos máximos consecutivos por un punto fijo del espacio. Frecuencia ( ): número de ondas por segundo y es igual al inverso del periodo.

13 Propiedades de la onda: La velocidad de propagación (v) es aquella a que el frente de onda se mueve a través del medio, depende de la naturaleza del medio así como de la frecuencia de la radiación. v = La potencia de un haz de radiación (P) es la energía del haz que llega a un área dada por segundo. Esta variable, al igual que la intensidad, están relacionadas con el cuadrado de la amplitud del haz

14 REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN Cuando la radiación cruza una superficie de separación entre dos medios de diferente índice de refracción, parte de la radiación se refracta, pero otra parte vuelve por el mismo camino. Este fenómeno se denomina REFLEXION REFRACCION Si la luz viaja del material 1 con índice de refracción n 1 al material 2 con índice de refracción n 2, las siguientes leyes determinan la dirección del rayo refractado. sin 1 n 1 sin 2 n 2 n 1 1,, n 2 2 ángulos de incidencia y refractado. índicesde refracción

15 Fenómenos corpusculares Para entender muchas de las interacciones entre la radiación y la materia consideraremos que la radiación electromagnética está constituida por paquetes de energía llamados fotones o cuantos. La energía de un fotón (E) depende de la frecuencia de la radiación y viene dada por E = h donde h es la cte. de Planck (6,63x10-34 J. s). Esto implica que: E α y, por tanto E α número de onda (1/λ)

16 Fenómenos corpusculares Los fenómenos que pueden explicarse teniendo en cuenta esta naturaleza corpuscular de la radiación son: absorción, emisión y fluorescencia Absorción: interacción radiación-materia en la que electrones de orbitales externos se promocionan. Sólo se producirá si: E fotón absorbido =E salto energético: estado fundamentalestado excitado M + h M*

17 Fenómenos corpusculares Emisión: Excitación de la materia con energía térmica/eléctrica. Al volver al estado fundamental se emiten fotones (importante: la excitación no se realiza con fotones) M + Q M* M + h Fluorescencia: Una sustancia fluorescente es capaz de absorber una cierta radiación y pasar a un estado excitado (M*). M* tiene un cierto tiempo de vida y va cambiando de configuración hasta volver al estado fundamental con un fotón de energía diferente. El cambio de configuración de M* es llamada relajación vibracional. ABSORBIDA > EMITIDA por tanto λ ABSORBIDA >λ EMITIDA

18 Absorción atómica y molecular ABSORCIÓN Una especie química situada en un medio transparente atenúa selectivamente ciertas frecuencias de radiación electromagnética: cuando el fotón incide sobre una especie química, es probable que se absorba si y solo si la energía del fotón corresponde exactamente a alguno de los desniveles de energía entre el estado fundamental y alguno de los estados excitados de dicha especie. Las características de absorción de una especie se pueden describir convenientemente mediante un espectro de absorción. Absorción atómica Cuando el haz de radiación policromática atraviesa un medio que contiene átomos gaseosos, sólo se atenúan unas pocas frecuencias por absorción y el espectro resultante consta de un número de rayas o líneas de absorción

19 Absorción atómica

20 Absorcion molecular Absorción molecular UV-VIS Cuando la especie absorbente es una molécula el espectro que se obtiene es un espectro de bandas (continuo). Además de las transiciones electrónicas hay que considerar transiciones vibracionales y transiciones rotacionales.

21 Absorción molecular