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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Espectroscopia Vibracional


La espectroscopia vibracional es una herramienta analítica importante utilizada en la química física para detectar transiciones vibracionales en moléculas. Estas transiciones ocurren cuando las moléculas absorben ciertas frecuencias de luz, causando que las moléculas sean excitadas de un nivel de energía vibracional a otro. Los dos tipos principales de espectroscopia vibracional son la espectroscopia infrarroja (IR) y la espectroscopia Raman, cada una de las cuales proporciona perspectivas únicas sobre las vibraciones y estructuras moleculares.

Introducción a la espectroscopia vibracional

Las vibraciones moleculares implican los movimientos periódicos de los átomos dentro de una molécula. Estos movimientos pueden ser de estiramiento (cambios en la longitud del enlace) o de flexión (cambios en el ángulo del enlace). Comprender estas vibraciones ayuda a dilucidar estructuras moleculares, identificar grupos funcionales y analizar interacciones moleculares.

Cada molécula tiene una firma vibracional única dependiendo de su estructura. Esta firma puede compararse con una huella digital que ayuda a identificar y analizar muestras desconocidas. La espectroscopia vibracional proporciona un método no destructivo para examinar sustancias, lo que la convierte en una herramienta importante en química, física y biología.

Fundamentos de las vibraciones moleculares

Los átomos en cualquier molécula están en un estado de movimiento vibracional. Sin energía externa, estas vibraciones están en un estado de energía muy bajo conocido como energía de punto cero. Al aplicar energía como un fotón de luz, estos estados vibracionales pueden excitarse a niveles de energía más altos.

Tipos de Vibraciones: Las vibraciones en moléculas generalmente pueden clasificarse en dos categorías:

  • Vibraciones de estiramiento: Esto implica cambios en la longitud de los enlaces entre átomos. El estiramiento puede ser simétrico o asimétrico, dependiendo de cómo se muevan los enlaces en relación entre sí.
  • Vibraciones de flexión: Esto implica un cambio en el ángulo entre dos enlaces. Tipos de vibraciones de flexión incluyen tijereo, oscilación, vibración y torsión.
        CO₂ para corte con tijeras Ejemplo:
             O=C=O

Espectroscopia infrarroja (IR)

La espectroscopia infrarroja se basa en la absorción de radiación IR por moléculas, causando excitación de estados vibracionales más bajos a más altos. El espectro IR generalmente se muestra como porcentaje de transmitancia o absorbancia en función del número de onda (cm -1 ).

En la espectroscopia IR, las moléculas absorben frecuencias específicas que corresponden a la frecuencia de vibración de los enlaces. Este proceso resulta en un espectro con picos que corresponden a diferentes vibraciones. Estos picos pueden usarse para determinar los grupos funcionales presentes en la molécula.

        Representación simple del espectro IR:
        | intensidad
        ,      
        | | | (estiramiento CH)
        ,
        ,
        | | | | (C=O, NH, OH)
        ,
           4000 3000 2000 1500 500 Número de onda (cm⁻¹)

Espectroscopia Raman

La espectroscopia Raman es una técnica complementaria a la espectroscopia IR. Involucra la dispersión inelástica de la luz (dispersión Raman) que ocurre cuando la luz monocromática interactúa con vibraciones moleculares. Cuando la luz incide en una molécula, la mayoría de los fotones se dispersan elásticamente (dispersión de Rayleigh), pero una pequeña fracción se dispersa inelásticamente, con desplazamientos de energía correspondientes a transiciones vibracionales.

A diferencia de la espectroscopia IR, Raman es más sensible a modos de vibración simétricos y enlaces no polares. Es particularmente valiosa para el análisis de soluciones acuosas porque no se ve afectada por la absorción de agua, lo que puede ser una limitación en la espectroscopia IR.

        Bosquejo del espectro Raman:
        | intensidad 
        ,
        ,      
        ,
        | / / /  / ruido de fondo
        ,
        ,
        -500 0 500 1000 1500 2000 (Desplazamiento en cm)

Comparación entre espectroscopía IR y Raman

Ambas espectroscopías IR y Raman proporcionan información sobre las vibraciones moleculares, pero difieren fundamentalmente en la forma en que detectan estos cambios:

Espectroscopia IR Espectroscopia Raman
Esto implica la absorción de luz infrarroja. Esto implica la dispersión de luz.
Sensible a enlaces polares y vibraciones asimétricas. Sensible a enlaces no polares y vibraciones simétricas.
El agua puede interferir con la medición. No se ve afectado por el agua, adecuado para solución acuosa.

Aplicaciones de la espectroscopía vibracional

La espectroscopía vibracional mediante IR y Raman se aplica en diversos campos científicos.

  • Análisis Químico: Determinación de la identidad y caracterización de compuestos químicos revelando grupos funcionales y estructura molecular.
  • Bioquímica: El estudio de moléculas biológicas como proteínas, ácidos nucleicos y lípidos.
  • Farmacéutica: Control de calidad, asegurando la pureza de compuestos y analizando polimorfismo en medicamentos.
  • Ciencia de Materiales: Investigación de propiedades superficiales y formaciones estructurales de materiales.
  • Ciencia Ambiental: monitoreo de contaminantes y detección de sustancias peligrosas.

Base teórica

Para comprender el principio detrás de la espectroscopía vibracional, se debe considerar la naturaleza cuantizada de las vibraciones moleculares. Según la mecánica cuántica, la energía de una molécula vibrante se da por:

        E_v=(v+1/2)hν

donde v es el número cuántico de vibración, h es la constante de Planck, y ν es la frecuencia de vibración.

La regla de selección para las transiciones vibracionales es Δv = ±1 , lo que significa que las transiciones generalmente ocurren entre niveles de energía adyacentes. Sin embargo, pueden ocurrir transiciones de sobretono con Δv = ±2, ±3... , pero son menos intensas.

Interpretación de espectros

La interpretación precisa de los espectros vibracionales es una habilidad importante. Los picos en los espectros corresponden a diferentes modos vibracionales y, a menudo, son característicos de enlaces moleculares específicos.

Para espectros IR, ciertas regiones pueden indicar tipos específicos de enlaces químicos:

  • 3650-3200 cm -1 - Estiramiento OH
  • 3500-3300 cm -1 - Estiramiento NH
  • 3000-2850 cm -1 - Estiramiento CH (alcanos)
  • 1750-1650 cm -1 - Estiramiento C=O
  • 1650-1450 cm -1 - Estiramiento C=C

Conclusión

La espectroscopia vibracional, que incluye tanto técnicas IR como Raman, proporciona un método completo para investigar estructuras y propiedades moleculares. Su capacidad para identificar y caracterizar grupos funcionales y geometrías moleculares la hace indispensable en diversos campos de la investigación científica y la industria.

A medida que la tecnología moderna continúa desarrollándose, los avances en técnicas espectroscópicas profundizarán nuestra comprensión de la dinámica molecular y fomentarán la innovación en la química y las ciencias relacionadas.


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