Doctorado
  1. Química inorgánica  1.1. Química de coordinación  1.1.1. Teoría del campo de ligandos  1.1.2. Teoría del campo de cristales  1.1.3. Teoría del Orbital Molecular para Compuestos de Coordinación  1.1.4. Estabilidad de los compuestos de coordinación  1.1.5. Espectros electrónicos de compuestos de coordinación  1.1.6. Isomería en Compuestos de Coordinación  1.1.7. Cinética y mecanismo de reacciones de coordinación  1.2. Química Organometálica  1.2.1. Carbonilos Metálicos  1.2.2. Alquilo y arilo metálico  1.2.3. Carbenos de Fischer y Schrock  1.2.4. Añadido Oxidativo y Eliminación Reductiva  1.2.5. Hidruros Metálicos  1.2.6. Catalysis por compuestos organometálicos  1.2.7. Metalocénicos y Complejos Sandwich  1.2.8. CH activation  1.3. Química del estado sólido  1.3.1. Estructuras y redes cristalinas  1.3.2. Teoría de bandas y propiedades eléctricas  1.3.3. Defectos en el cristal  1.3.4. Síntesis de materiales en estado sólido  1.3.5. Propiedades magnéticas y ópticas de los sólidos  1.3.6. Superconductividad  1.3.7. Ionics de estado sólido  1.4. Química bio-inorgánica  1.4.1. Metaloproteínas y enzimas  1.4.2. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  1.4.3. El papel de los metales en la medicina  1.4.4. Catalización bioinspirada  1.4.5. Interacciones Metal-ADN  1.4.6. Complejos metálicos en la ciencia médica  1.5. Lantánidos y actínidos  1.5.1. Configuración electrónica y estados de oxidación en lantánidos y actínidos  1.5.2. Propiedades Espectrales y Magnéticas en Lantánidos y Actínidos  1.5.3. Separación y Extracción de Lantánidos y Actínidos  1.5.4. Química de coordinación de los elementos del bloque f  1.6. Main Group Chemistry  1.6.1. Química de los compuestos de boro  1.6.2. Química de los compuestos de silicio y germanio  1.6.3. Química de los Compuestos de Fósforo y Azufre  1.6.4. Química organosilícica  1.6.5. Química de Gases Nobles
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición y sustitución electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones Pericíclicas  2.1.7. Reacciones fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidad y actividad óptica  2.2.2. Análisis estructural  2.2.3. Efectos estereolectrónicos  2.2.4. Síntesis asimétrica  2.2.5. Estereoquímica dinámica  2.3. Química Organometálica en la Síntesis Orgánica  2.3.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.3.2. Reacciones de acoplamiento catalizadas por metales de transición  2.3.3. Reacciones catalizadas por paladio  2.3.4. Metátesis de olefinas  2.3.5. Catalización de oro y plata  2.4. Química de productos naturales  2.4.1. Alcaloides y terpenoides  2.4.2. Esteroides y Flavonoides  2.4.3. Síntesis total de productos naturales  2.4.4. Biosíntesis de productos naturales  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química huésped-invitado  2.5.2. Autoensamblaje y reconocimiento molecular  2.5.3. Catalisis Supramolecular  2.5.4. Máquinas moleculares
  3. Química Física  3.1. T termodinámica  3.1.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.2. Potencial Químico y Equilibrio  3.1.3. Termodinámica estadística  3.1.4. Termodinámica de no equilibrio  3.2. Química Cuántica  3.2.1. Ecuación de Schrödinger y sus aplicaciones  3.2.2. Teoría de orbitales moleculares  3.2.3. Teoría del funcional de la densidad  3.2.4. Métodos post-Hartree–Fock  3.3. Cinética química  3.3.1. Teoría de la velocidad de reacción  3.3.2. Mechanism and rate laws  3.3.3. Catalisis y cinética enzimática  3.3.4. Dinámica de reacción  3.4. Espectroscopía y estructura molecular  3.4.1. Espectroscopia Infrarroja  3.4.2. Espectroscopia UV-visible  3.4.3. Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear  3.4.4. Espectrometría de Masas  3.4.5. Espectroscopía Raman  3.5. Química de Superficies y Coloides  3.5.1. Absorción y Catálisis  3.5.2. Surfactantes y micelas  3.5.3. Estabilidad Coloidal  3.5.4. Nanomateriales e Interfaces
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Eficiencia  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.1.4. Cromatografía iónica  4.2. Técnicas electroanalíticas  4.2.1. Voltametría y Polarografía  4.2.2. Conductometría y potenciometría  4.2.3. Colometría  4.3. Métodos Espectroscópicos  4.3.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.3.2. Espectroscopía de Fluorescencia  4.3.3. Difracción de rayos X  4.3.4. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  4.4. Quimiometría  4.4.1. Procesamiento de datos y métodos estadísticos  4.4.2. Análisis multidisciplinario  4.4.3. Aprendizaje Automático en Química Analítica
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.2. Métodos de química cuántica  5.3. Diseño de fármacos computacional  5.4. Aprendizaje automático en química  5.5. Dinámica molecular ab initio
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  7. Química de materiales  7.1. Química de polímeros  7.1.1. Mecanismo de polimerización  7.1.2. Polímeros Funcionales  7.1.3. Polímero Biodegradable  7.1.4. Polímeros conductores y semiconductores  7.2. Nanoquímica  7.2.1. Nanopartículas y nanoestructuras  7.2.2. Nanomateriales basados en carbono  7.2.3. Quantum dots  7.3. Química Energética y Ambiental  7.3.1. Química de Baterías y Pilas de Combustible  7.3.2. Química verde y materiales sostenibles  7.3.3. Fotocatálisis

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Absorción y Catálisis


En el campo de la química física, el estudio de la adsorción y la catálisis es de vital importancia, especialmente en la química de superficies y coloides. Este vasto tema está entrelazado con varios campos de la química, la física e incluso la biología, reflejando fenómenos importantes tanto en procesos naturales como industriales. Este texto explica los principios básicos y aplicaciones de la adsorción y catálisis utilizando un lenguaje sencillo y ejemplos ilustrativos.

Absorción

La adsorción es el proceso por el cual las moléculas de un gas o líquido se adhieren a la superficie de un sólido o líquido. Este fenómeno ocurre porque las moléculas de la superficie de una sustancia tienen fuerzas químicas desequilibradas. Como resultado, pueden atraer y retener partículas de varias sustancias. La adsorción es un proceso basado en la superficie, a diferencia de la absorción, que involucra todo el volumen de la sustancia.

Tipos de absorción

La adsorción puede clasificarse en dos categorías:

  1. Adsorción física (fisisorción): Este tipo involucra fuerzas débiles de van der Waals. No hay un cambio químico significativo en el adsorbente, y el proceso suele ser reversible. Un ejemplo de fisisorción ocurre cuando las moléculas de gas se adhieren a la superficie del carbón.
  2. Quimisorción: En la quimisorción, las moléculas se mantienen unidas por enlaces químicos que son más fuertes que las fuerzas de van der Waals. El proceso suele implicar un cambio químico y es irreversible. Un ejemplo común es la adsorción de moléculas de oxígeno en la superficie de los metales, formando óxidos metálicos.

Isoterma de absorción

Las isotermas de adsorción describen cómo la cantidad de adsorbato en un adsorbente cambia con la presión (o concentración) a temperatura constante. Algunas de las isotermas de adsorción bien conocidas utilizadas para explicar el comportamiento son las siguientes:

  1. Isoterma de Langmuir 
                q = (q_max * b * p) / (1 + b * p)

    La isoterma de Langmuir se basa en la suposición de que la adsorción máxima corresponde a una monocapa saturada de moléculas de adsorbato en la superficie del adsorbente.

  2. Isoterma de Freundlich 
                q = k * c^(1/n)

    La ecuación de isoterma de Freundlich es empírica y describe la adsorción en superficies heterogéneas o superficies que soportan sitios con diferentes afinidades.

Ejemplo: adsorción en carbono activado

Cuando el agua pasa a través del carbón activado, impurezas como el cloro, los olores y los compuestos orgánicos volátiles son adsorbidos en la superficie del carbón activado. Este proceso es un método principal utilizado para purificar el agua potable.

Catálisis

La catálisis es el aumento de la velocidad de una reacción química iniciada por la presencia de un catalizador. Los catalizadores son sustancias que proporcionan una vía de reacción alternativa con una menor energía de activación, sin ser consumidos en el proceso.

Tipos de catálisis

La catálisis puede dividirse en dos tipos principales:

  1. Catálisis homogénea: El catalizador está en la misma fase que los reactantes. Por ejemplo, el gas cloro cataliza la descomposición del ozono en la estratosfera, reaccionando en la fase gaseosa.
  2. Catálisis heterogénea: El catalizador existe en una fase diferente a la de los reactantes. Un ejemplo de esto es el convertidor catalítico en los automóviles, donde los catalizadores sólidos ayudan a convertir los contaminantes gaseosos en sustancias menos nocivas.

Reacción de ejemplo: Proceso Haber

En el proceso Haber, el hierro sirve como catalizador para la síntesis de amoníaco (NH3) a partir de nitrógeno (N2) e hidrógeno (H2):

        N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)
Este proceso es importante para la producción de amoníaco necesario para fertilizantes.

Mecanismo de la catálisis

Los catalizadores funcionan proporcionando una vía de reacción alternativa. Se puede visualizar de esta manera:

Reactantes Productos Vía catalizada

La vía utilizando un catalizador (camino rojo) tiene un pico más bajo que la reacción no catalizada (no mostrada), reduciendo la energía de activación requerida y acelerando la reacción.

Catalisis enzimática

Las enzimas son catalizadores biológicos que permiten que las reacciones bioquímicas ocurran bajo condiciones relativamente suaves de temperatura y presión, exhibiendo alta especificidad para sus sustratos. Por ejemplo, la enzima amilasa ayuda a descomponer el almidón complejo en azúcares simples, que el cuerpo puede asimilar fácilmente.

Importancia de la catálisis

Los catalizadores juegan un papel vital en la química industrial durante la fabricación de productos químicos, medicamentos y biocombustibles. Los catalizadores ayudan a ahorrar energía y recursos aumentando la eficiencia de los procesos existentes y permitiendo una menor producción de residuos. Además, los catalizadores permiten realizar reacciones que de otro modo serían difíciles en condiciones normales.

Conclusión

Los conceptos de adsorción y catálisis tienen aplicaciones indispensables en varios campos de la ciencia y la industria. Comprender estos procesos ayuda a desarrollar materiales avanzados y tecnologías innovadoras, abordando así desafíos globales en sostenibilidad energética, reducción de la contaminación y salud. A través de una comprensión fundamental de la adsorción y la catálisis, uno obtiene una visión del enorme potencial de la química de superficies y coloides para avanzar en el progreso científico y el avance industrial.


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