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
  6. Biofísica y Química Medicinal  6.1. Descubrimiento y diseño de fármacos  6.2. Cinética enzimática e inhibición  6.3. Enfoque de biología química  6.4. Interacciones proteína-ligando  6.5. Química bioortogonal
  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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Nanoquímica


La nanoquímica es un campo interdisciplinario interesante en la intersección de la química y la nanociencia. Involucra la síntesis y aplicación de sistemas químicos en la nanoescala (típicamente menos de 100 nanómetros), lo cual es crucial para desarrollar materiales con nuevas propiedades y funciones. El estudio abarca áreas diversas como catálisis, medicina, electrónica y almacenamiento de energía, proporcionando herramientas para fabricar estructuras con precisión atómica.

Introducción a la nanoquímica:

La nanoquímica se enfoca en las propiedades únicas que las sustancias exhiben cuando se reducen a la escala del nanómetro. En esta dimensión, las sustancias a menudo exhiben propiedades físicas y químicas diferentes a sus contrapartes a granel. Esto se debe principalmente al aumento de la relación entre el área de superficie y el volumen, y a los efectos cuánticos que se vuelven importantes a escalas tan pequeñas.

Ejemplo de efecto cuántico:

La banda prohibida de los nanopartículas semiconductoras se puede ajustar cambiando su tamaño, un proceso conocido como confinamiento cuántico. Por ejemplo, los CdSe puntos cuánticos muestran diferentes colores dependiendo de su tamaño: los puntos más pequeños emiten luz azul, mientras que los puntos más grandes emiten luz roja. Esta propiedad se utiliza en pantallas de puntos cuánticos e imágenes biomédicas.

Conceptos clave en nanoquímica:

1. Dimensiones en nanoescala:

La escala del nanómetro representa una milmillonésima parte de un metro. A esta escala, los efectos mecánicos cuánticos se vuelven importantes, llevando a nuevas propiedades. Por ejemplo:

puntos cuánticos

2. Relación entre superficie y volumen:

A medida que disminuye el tamaño de las partículas, aumenta la cantidad relativa de superficie, lo que permite que ocurran más interacciones superficiales. Esto es importante en catálisis, donde una mayor área de superficie puede conducir a reacciones más eficientes. Por ejemplo:

Área de superficie ∝ 1/tamaño
Aumento de área de superficie

3. Reactividad química:

Los materiales en nanoescala a menudo exhiben una reactividad química diferente debido a su pequeño tamaño y propiedades electrónicas únicas. Este factor es importante en el diseño de nano-catalizadores que faciliten reacciones químicas de manera más efectiva que sus contrapartes a granel.

Estrategias de síntesis en nanoquímica:

La síntesis de nanomateriales implica una variedad de métodos y se puede clasificar ampliamente en métodos de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba.

1. Enfoque de arriba hacia abajo:

Este enfoque implica descomponer materiales a granel en nanoestructuras utilizando métodos físicos. Algunas técnicas comunes son:

  • Molienda de bolas: Molienda mecánica para reducir el tamaño.
  • Ablación por láser: Uso de pulsos láser para fragmentar material.
  • Grabado: Eliminación química de capas para lograr precisión en nanoescala.

2. Enfoque de abajo hacia arriba:

El enfoque de abajo hacia arriba construye materiales desde el nivel atómico a través de reacciones químicas. Los métodos incluyen:

  • Procesamiento sol-gel: Creación de nanopartículas al convertir una solución líquida en un gel sólido.
  • Autoensamblaje: La organización espontánea de moléculas en nanomateriales estructurados.
  • Deposición química de vapor (CVD): Producción de películas delgadas mediante la deposición de precursores vaporizados.

Estudio de caso: Nanopartículas de oro:

Las nanopartículas de oro se pueden sintetizar reduciendo sales de oro en solución. Estas nanopartículas exhiben propiedades ópticas distintivas debido a la resonancia de plasmones de superficie localizados, lo que las hace útiles en imágenes médicas y diagnósticos.

Aplicaciones de la nanoquímica:

1. Medicina:

En medicina, la nanoquímica está avanzando los sistemas de liberación de fármacos. Las nanopartículas pueden ser diseñadas para entregar fármacos específicamente a células objetivo, como células cancerosas, minimizando efectos secundarios. Además, materiales como liposomas, micelas y dendrímeros se utilizan para transportar fármacos quimioterapéuticos a ubicaciones específicas.

2. Electrónica:

La nanoquímica ayuda a crear componentes electrónicos más pequeños y eficientes. Las propiedades eléctricas de puntos cuánticos, nanotubos de carbono y grafeno se están explorando para desarrollar dispositivos electrónicos de alto rendimiento.

3. Almacenamiento de energía:

La nanoquímica juega un papel clave en el desarrollo de dispositivos avanzados de almacenamiento de energía como baterías y supercondensadores. Los materiales en nanoescala pueden aumentar el área de superficie y, por tanto, mejorar la capacidad y eficiencia. Materias como óxido de cobalto de litio y óxido de níquel en nanopartículas se utilizan en baterías de iones de litio modernas.

4. Aplicaciones ambientales:

Catalizadores y fotocatalizadores en nanoescala pueden reducir contaminantes y limpiar el medio ambiente. Las nanopartículas de dióxido de titanio se utilizan para descomponer materia orgánica en procesos de purificación de agua.

Desafíos y perspectivas futuras:

A pesar de su enorme potencial, la nanoquímica enfrenta desafíos como controlar la uniformidad de los materiales a nanoescala, la escalabilidad de los procesos de producción, y comprender los efectos a largo plazo de los nanomateriales sobre la salud y el medio ambiente. Sin embargo, los continuos avances en métodos de síntesis y herramientas de caracterización prometen abordar estos problemas.

Perspectiva futura:

Mirando hacia el futuro, la nanoquímica tiene el potencial de revolucionar muchos aspectos de la tecnología y la industria. Las innovaciones podrían conducir al desarrollo de nuevos materiales inteligentes, sensores avanzados e incluso máquinas moleculares.

Conclusión:

La nanoquímica es un campo vital que impulsa el avance de la ciencia y la tecnología. Comprender y manipular materiales a nanoescala permite a los científicos crear soluciones innovadoras para algunos de los mayores desafíos del mundo. Desde la medicina hasta la electrónica y la protección ambiental, el futuro de la nanoquímica está lleno de posibilidades que podrían redefinir la química de los materiales.


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