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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Propiedades Magnéticas de los Lantánidos


Los lantánidos, también conocidos como elementos de tierras raras, son una serie de 15 elementos químicos que van desde el lantano hasta el lutecio, con números atómicos del 57 al 71 en la tabla periódica. Son conocidos por tener algunas propiedades magnéticas muy interesantes debido a sus configuraciones electrónicas únicas.

Comprendiendo la configuración electrónica

Para entender las propiedades magnéticas de los lantánidos, primero es necesario entender su configuración electrónica. La configuración electrónica general para los lantánidos es:

[Xe] 4f n 6s 2

Aquí, [Xe] se refiere a la configuración electrónica del xenón, el gas noble precedente, y varía de 1 a 14 en la serie n. Los orbitales 4f se están llenando en la serie de los lantánidos.

Momento magnético

El magnetismo en los átomos surge debido a electrones desapareados en los orbitales atómicos. El momento magnético de un átomo está determinado por dos factores principales:

  • Momento magnético de spin
  • Momento magnético orbital

El momento magnético total (µ) viene dado por:

µ = √{4S(S+1) + L(L+1)}

donde S es el momento angular de spin y L es el momento angular orbital.

Propiedades magnéticas de los lantánidos

Los lantánidos exhiben propiedades magnéticas distintas debido a los electrones desapareados en sus orbitales 4f. Los lantánidos siguen la regla de Hund, llenando los orbitales 4f para maximizar los electrones desapareados, lo que lleva a momentos magnéticos elevados.

Ejemplo

Consideremos dos ejemplos: El gadolinio (Gd) con configuración electrónica de [Xe] 4f 7 5d 1 6s 2 muestra un alto momento magnético debido a siete electrones desapareados en la subcapa 4f.

Otro ejemplo es el lutecio (Lu) con la configuración [Xe] 4f 14 5d 1 6s 2, que exhibe un comportamiento diamagnético porque los orbitales 4f están completamente llenos, resultando en un momento magnético neto nulo.

Tipos de magnetismo

El comportamiento magnético en los materiales puede entenderse a través de diferentes tipos de magnetismo:

  • Paramagnetismo: Materiales con electrones desapareados que se alinean con el campo magnético, causando magnetismo.
  • Diamagnetismo: Materiales en los cuales todos los electrones están apareados, y que repelen débilmente los campos magnéticos.
  • Ferromagnetismo: Magnetismo fuerte debido a la alineación paralela de los momentos magnéticos atómicos.
  • Antiferromagnetismo: Esto es similar al ferromagnetismo, pero en este los momentos adyacentes están alineados de manera opuesta, y se cancelan.
  • Ferrimagnetismo: Similar al antiferromagnetismo, pero los momentos se cancelan de manera incompleta, resultando en una magnetización neta.

En los lantánidos, el paramagnetismo es el más común debido a la presencia de electrones 4f desapareados.

Efecto de la temperatura

Las propiedades magnéticas de los lantánidos están muy afectadas por la temperatura. De acuerdo con la ley de Curie-Weiss:

χ = C / (T - Θ)

donde χ es la susceptibilidad magnética, C es la constante de Curie, T es la temperatura en Kelvin, y Θ es la constante de Weiss.

Para los lantánidos paramagnéticos, el momento magnético disminuye con el aumento de la temperatura debido a la mayor agitación térmica.

Aplicaciones del magnetismo de los lantánidos

Las propiedades magnéticas únicas de los lantánidos los hacen útiles en muchas aplicaciones:

  • Imanes: Los imanes de neodimio son algunos de los imanes permanentes más poderosos, utilizados en discos duros y auriculares.
  • Catalizador: Utilizados en el refinado de petróleo y en convertidores catalíticos para automóviles.
  • Tecnología láser: Algunos iones lantánidos como Nd3+ son usados en láseres de estado sólido.

Ejemplo de nivel de energía

Las ilustraciones visuales pueden ayudar a entender la compleja naturaleza del magnetismo de los lantánidos. A continuación, se muestra una ilustración de muestra de los niveles de energía correspondientes a diferentes orbitales electrónicos.

4F Niveles de Energía Electrónica

En esta ilustración, las varias capas de energía corresponden a diferentes estados de electrones 4f, cada uno de los cuales tiene un efecto magnético potencial.

Reflexiones finales

Los lantánidos exhiben propiedades magnéticas fascinantes debido a sus electrones 4f desapareados. Su capacidad para exhibir diferentes tipos de magnetismo como el paramagnetismo y el ferromagnetismo bajo diferentes condiciones como la temperatura los hace importantes en diversas aplicaciones prácticas.

Lectura adicional

Para un estudio más profundo, explore recursos como libros de texto sobre química inorgánica y artículos sobre física del estado sólido, que ofrecen discusiones detalladas sobre la mecánica cuántica que afecta al magnetismo de los lantánidos.


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