Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Reacciones fotoquímicas


Las reacciones fotoquímicas son un subconjunto fascinante de reacciones químicas que se inician por la absorción de energía lumínica. A diferencia de las reacciones térmicas, que son causadas por el calor, las reacciones fotoquímicas son impulsadas por fotones, o partículas de luz, que proporcionan la energía necesaria para romper enlaces químicos o facilitar su formación. La fotoquímica, el estudio de estas reacciones, juega un papel vital en campos que van desde la biología y la ciencia ambiental hasta aplicaciones industriales.

Entendiendo los conceptos básicos

Para entender cómo funcionan las reacciones fotoquímicas, veamos más profundamente el proceso a nivel molecular. Cuando una molécula absorbe luz, usualmente transiciona de un estado de energía más bajo, conocido como estado fundamental, a un estado excitado. Esta transición sólo es posible cuando la energía de la luz coincide con la diferencia de energía entre estos dos estados.

Estado fundamental (S0) + fotón (hν) → Estado excitado (S1)

El símbolo hν representa la energía del fotón, donde h es la constante de Planck y ν es la frecuencia de la luz.

Principios de las reacciones fotoquímicas

Absorción de luz

El primer paso en cualquier reacción fotoquímica es la absorción de luz. Esta absorción es gobernada por la ley de Beer-Lambert, que relaciona la absorción de luz con las propiedades de la sustancia a través de la cual la luz está viajando.

A = εlc

En esta ecuación, A es la absorbancia, ε es la absorbancia molar, l es la longitud del camino de la muestra y c es la concentración de la especie que absorbe.

Estados excitados y reactividad

Una vez excitada, la molécula puede experimentar una variedad de procesos, como fluorescencia, fosforescencia o reacciones fotoquímicas. En las reacciones fotoquímicas, la molécula excitada experimenta un cambio químico. Este cambio puede resultar de la disociación de enlaces, transferencia de electrones o isomerización.

Por ejemplo, cuando una molécula de benceno absorbe luz ultravioleta, cambia de su estructura plana estable a un estado excitado, donde puede reorganizarse o reaccionar con otros productos químicos.

Ejemplos de reacciones fotoquímicas

Fotosíntesis

Una de las reacciones fotoquímicas más importantes en la naturaleza es la fotosíntesis. En este proceso, las plantas utilizan la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno. Las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis involucran la absorción de luz por la clorofila, lo que desencadena una serie de reacciones de oxidación-reducción.

6 CO₂ + 6 H₂O + energía lumínica → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Formación de ozono

Otro ejemplo importante de fotoquímica es la formación y desintegración de ozono en la estratósfera terrestre. Esta reacción comienza con la absorción de luz ultravioleta (UV) por el oxígeno diatómico (O₂), que lo divide en dos radicales de oxígeno.

O₂ + hν → 2 O•

Estos radicales luego reaccionan con otra molécula de O₂ para formar ozono (O₃).

O• + O₂ → O₃

Fotodegradación de polímeros

En aplicaciones industriales, las reacciones fotoquímicas tienen implicaciones prácticas, como la degradación de polímeros. Los polímeros expuestos a la luz solar pueden experimentar fotodegradación, donde su estructura química cambia debilitando el material.

Mecanismo de las reacciones fotoquímicas

Las reacciones fotoquímicas usualmente siguen una secuencia de absorción de luz, vida media del estado excitado y transformación química. El mecanismo puede entenderse mejor a través de términos cinéticos y cinético.

Diagrama de Jablonski

Una herramienta valiosa para visualizar procesos fotoquímicos es el diagrama de Jablonski. Muestra los posibles niveles de energía de una molécula y las transiciones entre estos niveles. El diagrama muestra:

  • La excitación surge de la absorción de un fotón.
  • Transiciones no radiativas, como conversión interna y cruce entre sistemas.
  • Procesos de radiación como fluorescencia y fosforescencia.

Aquí hay una representación simplificada:

S0 → S1 (excitación)  
S1 → S0 (fluorescencia)  
S1 → T1 (cruce entre sistemas)
T1 → S0 (fosforescencia)

Factores que afectan las reacciones fotoquímicas

Varios factores pueden afectar la eficiencia y el resultado de las reacciones fotoquímicas:

Longitud de onda de la luz

La longitud de onda de la luz afecta qué fotones son absorbidos por la molécula. Generalmente, longitudes de onda específicas corresponden a diferentes transiciones electrónicas en moléculas, lo que afecta los tipos de reacciones químicas que ocurren.

Naturaleza de la molécula

La estructura de la molécula, incluidos sus grupos funcionales y configuración electrónica, afecta su comportamiento fotoquímico. Por ejemplo, los sistemas conjugados a menudo tienen una pequeña brecha de energía entre los estados fundamentales y excitados, lo que facilita las reacciones bajo luz visible.

Entorno

Los solventes, la temperatura y la presencia de catalizadores también juegan roles importantes en las reacciones fotoquímicas. Los solventes pueden estabilizar o desestabilizar ciertos estados excitados, mientras que la temperatura puede afectar la cinética de la reacción. Los catalizadores pueden reducir la barrera de energía para procesos fotoquímicos particulares, aumentando la tasa de reacción.

Aplicaciones de las reacciones fotoquímicas

Las reacciones fotoquímicas tienen numerosas aplicaciones en varios campos:

Química sintética

En química sintética, las reacciones fotoquímicas se utilizan para crear compuestos específicos que son difíciles de hacer mediante métodos termodinámicos. Por ejemplo, las reacciones fotoquímicas pueden facilitar la isomerización o la creación de compuestos con anillos tensados.

Ciencia ambiental

Las reacciones fotoquímicas tienen un impacto significativo en la ciencia ambiental, particularmente en el estudio de la química atmosférica y la degradación de contaminantes. Entender estas reacciones ayuda a los científicos a desarrollar estrategias para gestionar la calidad del aire y combatir el cambio climático.

Medicina y tecnología

La terapia fotodinámica, un tratamiento para el cáncer, involucra el uso de compuestos sensibles a la luz que producen especies reactivas de oxígeno al absorber luz, matando selectivamente células cancerosas. Las tecnologías fotoquímicas también incluyen la conversión de energía solar y dispositivos emisores de luz como OLEDs.

Desafíos en la fotoquímica

Uno de los principales desafíos en la fotoquímica es controlar la selectividad y eficiencia de la reacción. Muchas reacciones fotoquímicas conducen a múltiples productos o reacciones secundarias no deseadas. Los investigadores trabajan continuamente para diseñar sistemas de fotorreacción con especificidad mejorada.

Perspectivas futuras

El futuro de las reacciones fotoquímicas se ve prometedor, especialmente con avances en ciencia de materiales y nanotecnología. Por ejemplo, diseñar nanoestructuras que eficientemente utilicen la luz solar para reacciones químicas podría conducir a soluciones energéticas más sostenibles e innovadores procesos fotoquímicos.

Conclusión

Las reacciones fotoquímicas son la piedra angular de procesos tanto naturales como artificiales, permitiendo innumerables avances científicos y tecnológicos. Al entender los principios y aplicaciones de la fotoquímica, los científicos pueden utilizar estas reacciones para propósitos beneficiosos, desde sostener la vida a través de la fotosíntesis hasta innovar nuevas tecnologías en energía renovable y medicina.


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