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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Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica


La espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica (EPR), también conocida como espectroscopía de resonancia de espín electrónico (ESR), es una forma de espectroscopía de resonancia magnética. Piénselo como un hermano de la espectroscopía de resonancia magnética nuclear (NMR), pero en lugar de centrarse en el núcleo, se centra en los electrones desapareados. Esta técnica es particularmente interesante en los campos de la química y la física porque permite a los científicos estudiar sustancias con electrones desapareados. Esto puede incluir radicales, complejos de metales de transición y defectos en sólidos.

Fundamentos de la espectroscopía EPR

La espectroscopía EPR se basa en la interacción entre la radiación electromagnética y los momentos magnéticos de los electrones desapareados en un campo magnético. Los electrones desapareados tienen una propiedad llamada "espín," y este espín crea un momento magnético. En presencia de un campo magnético externo, estos electrones desapareados pueden existir en uno de dos estados: alineados con el campo o en dirección opuesta al campo. Estos estados tienen diferentes energías.

Cuando aplicamos radiación de microondas de la frecuencia adecuada a una muestra en un campo magnético, pueden ocurrir transiciones entre los estados de espín de electrones desapareados. Las condiciones de resonancia ocurren cuando la energía de la radiación de microondas coincide con la diferencia de energía entre los dos estados de espín. La diferencia de energía se da por la ecuación:

    ΔE= gμBB

Dónde:

  • ΔE es la diferencia de energía.
  • g es el factor-g, una cantidad adimensional que caracteriza la interacción del momento magnético y el campo magnético.
  • μ B es el magnetón de Bohr, una constante física relacionada con el momento magnético del electrón.
  • B es la intensidad del campo magnético.

El espectro EPR es una gráfica de la absorción de radiación de microondas en función de la intensidad del campo magnético. Cada señal en el espectro corresponde a un sitio diferente en la muestra que tiene electrones desapareados.

Ejemplo visual

+-------------+ Radiación de Microondas +-------------+
| Electrón |=============================>| Transición de Espín  |
| Desapareado | (Absorción de Energía) |

Instrumentación de la espectroscopía EPR

Los componentes básicos de un espectrómetro EPR incluyen una fuente de radiación de microondas, una cavidad de resonancia o guía de ondas, un imán para proporcionar el campo magnético y un detector para medir la absorción de las microondas por la muestra. La cavidad de resonancia sostiene la muestra y la alinea con ambos campos, el de microondas y el magnético.

Diagrama del montaje experimental

  ,
 ,
 | Fuente de microondas |====| Cavidad con muestra
 ,
      ,
 Detector de Microondas

Aplicaciones de la espectroscopía EPR

La espectroscopía EPR tiene muchas aplicaciones en varios campos científicos. En química, se utiliza para estudiar complejos metálicos y reacciones de radicales. En física, puede ayudar a investigar sistemas de baja dimensionalidad y medir defectos en sólidos. Aquí hay algunos ejemplos:

Ejemplo: Investigación de complejos de metales de transición

EPR ayuda a identificar el estado de oxidación de los metales en un complejo y su entorno de campo de ligandos. Por ejemplo, un complejo de cobre puede mostrar signos de Cu(II), que tiene un electrón desapareado.

Ejemplo: Estudio de reacciones de radicales

Los radicales son generalmente de corta duración, pero con EPR, puedes capturarlos en acción. Por ejemplo, los radicales de corta duración en reacciones de polimerización pueden ser detectados y estudiados para comprender mejor el mecanismo de reacción.

Ejemplo: Investigación de sistemas biológicos

EPR se utiliza en biología para estudiar centros activos en metaloproteínas y enzimas que experimentan reacciones redox. Un ejemplo de esto es investigar el clúster de manganeso en el fotosistema II de las plantas, que es importante para la reacción de división del agua en la fotosíntesis.

Factores que afectan los espectros EPR

Los espectros EPR pueden verse afectados por varios factores, como el desdoblamiento hiperfino, la anisotropía del factor-g y el desdoblamiento de campo cero.

Desdoblamiento hiperfino

El desdoblamiento hiperfino ocurre cuando el momento magnético de los electrones desapareados interactúa con los espines nucleares cercanos, provocando que una sola línea EPR se desdoble en múltiples líneas. Esta interacción proporciona información valiosa sobre el número y tipo de núcleos que rodean al electrón desapareado.

Anisotropía del factor-g

El factor-g no es siempre constante; puede variar según la orientación de la molécula en relación con el campo magnético. Esto puede causar un ensanchamiento de línea o desdoblamiento en los espectros EPR, especialmente en muestras sólidas donde la orientación molecular varía.

Desdoblamiento de campo cero

Para sistemas con más de un electrón desapareado, como en algunos complejos metálicos, las interacciones electrón-electrón pueden causar un cambio en los niveles de energía, resultando en un desdoblamiento de campo cero (ZFS). El ZFS puede ser sustancial y observarse sin necesidad de un campo magnético externo.

El desafío de la interpretación

Interpretar los espectros EPR puede ser a veces un desafío debido a complejidades como señales superpuestas, ruido y múltiples sitios de electrones desapareados en la muestra. Las técnicas avanzadas, incluidas las computacionales, a menudo ayudan a comprender espectros complejos.

Ejemplo: Señales superpuestas

En casos donde hay múltiples centros paramagnéticos presentes, sus señales pueden superponerse, lo que dificulta identificar la contribución individual de cada centro. Las técnicas de deconvolución pueden aplicarse para resolver estas señales.

Conclusión

La espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica es una herramienta poderosa para explorar sistemas químicos, físicos y biológicos caracterizados por electrones desapareados. A pesar de sus desafíos analíticos, EPR sigue siendo invaluable para entender estructuras moleculares y electrónicas. Los avances continuos en tecnologías EPR y métodos analíticos continúan expandiendo sus capacidades y aplicaciones, haciendo de la espectroscopía EPR una técnica esencial en la investigación científica.


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Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica

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