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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Química Física


La química física es una rama fundamental de la química que combina los principios de la física y la química para entender cómo se comporta la materia a nivel molecular y atómico. Proporciona explicaciones detalladas para diversos fenómenos macroscópicos que resultan de interacciones moleculares. La química física aplica conceptos como termodinámica, mecánica cuántica, mecánica estadística y cinética para estudiar y comprender las propiedades físicas de las moléculas y sus reacciones químicas.

Conceptos básicos

La química física tiene varios conceptos centrales que sirven como base de la materia:

1. Termodinámica

La termodinámica trata del estudio del calor y la temperatura y su relación con la energía y el trabajo. Describe el comportamiento macroscópico de los sistemas y se puede resumir con cuatro leyes fundamentales:

La primera ley de la termodinámica establece que la energía no puede crearse ni destruirse, solo transformarse. Esto se refiere comúnmente como el principio de conservación de la energía. La expresión matemática es:

ΔU = Q - W

donde ΔU es el cambio en la energía interna del sistema, Q es el calor añadido al sistema, y W es el trabajo realizado por el sistema.

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía total de un sistema aislado nunca puede disminuir con el tiempo. La entropía es una medida de desorden o aleatoriedad. Un ejemplo de esto es la fusión del hielo, donde la estructura en rejilla del hielo se transforma en agua líquida más aleatoria.

Tercera ley de la termodinámica: A medida que la temperatura se aproxima al cero absoluto, la entropía de un cristal ideal se aproxima a cero. Esto demuestra que es imposible alcanzar el cero absoluto en un número finito de pasos.

La ley cero de la termodinámica trata con el equilibrio térmico y forma la base de la medición de la temperatura.

2. Química cuántica

La química cuántica aplica los principios de la mecánica cuántica al estudio de las moléculas. Proporciona una comprensión detallada de cómo se distribuyen los electrones en átomos y moléculas, y describe la naturaleza cuantificada de los niveles de energía.

Un modelo mecánico cuántico elemental es la ecuación de Schrödinger, que proporciona una forma de calcular la distribución de probabilidad de los electrones:

ĤΨ = EΨ

donde Ĥ es el operador de Hamilton, Ψ es la función de onda y E es la energía del sistema.

NúcleoE-E-

Ilustración del modelo de nube de electrones alrededor del núcleo. En la química cuántica, los electrones están representados por modelos probabilísticos en lugar de orbitales fijos.

3. Mecánica estadística

La mecánica estadística relaciona los estados microscópicos de las partículas con propiedades macroscópicas como la temperatura y la presión. Utiliza estadísticas para relacionar un conjunto de comportamientos moleculares con propiedades termodinámicas. La distribución de Boltzmann es un concepto importante:

P(E) = g(E)exp(-E/kT)/Z

donde P(E) es la probabilidad de que un sistema esté en un estado con energía E, g(E) es la degeneración del estado, k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura, y Z es la función de partición.

4. Cinética química

La cinética química estudia las velocidades de las reacciones químicas y los factores que afectan estas velocidades. Ayuda a entender qué tan rápido procederá una reacción y cuál es el mecanismo detrás de la reacción.

Una expresión importante en cinética es la ley de velocidad, que relaciona la velocidad de una reacción con las concentraciones de los reactivos:

Velocidad = k[A]^m[B]^n

donde k es la constante de velocidad, [A] y [B] son las concentraciones de los reactivos, y m y n son sus órdenes de reacción, respectivamente.

Aplicaciones de la química física

La química física tiene muchas aplicaciones en diferentes campos científicos. Algunas aplicaciones incluyen:

  • Diseño y síntesis de nuevos materiales.
  • Entender y promover la conversión eficiente de energía en pilas de combustible y baterías.
  • Desarrollo de productos farmacéuticos a través del diseño racional de fármacos.
  • Química ambiental para el control de la contaminación e iniciativa de química verde.

Ejemplos y modelos

1. Ley del gas ideal

La ley del gas ideal es una ecuación importante en química física y proporciona una relación simple entre la presión, volumen y temperatura de un gas ideal:

PV = nRT

donde P es la presión, V es el volumen, n es el número de moles, R es la constante del gas ideal y T es la temperatura.

2. Ecuación de Van der Waals

Para los gases reales, la ley del gas ideal no siempre se aplica. La ecuación de Van der Waals aborda el comportamiento no ideal:

[P + a(n/V)^2](V/n - b) = RT

donde a y b son constantes específicas para cada gas, responsables de las fuerzas intermoleculares y el volumen ocupado por las moléculas de gas, respectivamente.

Volumen (V)Presión(P)

El gráfico anterior muestra la curva de Van der Waals, que resalta las desviaciones del comportamiento de gas ideal y muestra cómo interactúan los gases reales.

3. Diagrama de fases

Los diagramas de fases son representaciones gráficas que muestran la fase de una sustancia a diferentes temperaturas y presiones. Son indispensables en el estudio de las propiedades y transiciones de fase de la materia.

SólidoLíquidoGasTemperaturaPresión

El diagrama de fases muestra la relación entre temperatura y presión junto con las fases sólida, líquida y gaseosa de una sustancia.

Conclusión

La química física es un campo vasto que subyace en nuestra comprensión de los procesos químicos que ocurren dentro y alrededor de nosotros. Al combinar conceptos de física con fenómenos químicos, permite a los científicos entender interacciones complejas a nivel molecular y desarrollar aplicaciones prácticas en una variedad de campos, incluyendo la biología, la ciencia de materiales y la ciencia ambiental. A medida que profundices en el estudio de la química física, encontrarás que sus principios no solo son centrales para el campo de la química, sino que también informan e influyen en muchas otras disciplinas científicas.


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