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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Fotocatálisis


La fotocatálisis es un área emocionante de la química donde se utiliza la energía luminosa para impulsar reacciones químicas. Este proceso tiene una promesa significativa para aplicaciones energéticas y ambientales. Se centra en usar la luz para excitar un catalizador, provocando transformaciones que pueden ser difíciles de lograr en condiciones normales. Vamos a profundizar en este fascinante mundo de la fotocatálisis.

Fundamentos de la fotocatálisis

La fotocatálisis involucra una sustancia llamada fotocatalizador, que facilita las reacciones químicas cuando absorbe luz. A diferencia de una reacción química normal donde los reactivos se consumen directamente, el fotocatalizador permanece sin cambios después de la reacción. Esta propiedad ofrece un enfoque sostenible para facilitar reacciones, reduciendo el consumo de energía y desechos.

¿Cómo funciona la fotocatálisis?

Este proceso comienza con la absorción de fotones por el fotocatalizador. Cuando la luz incide en la superficie del fotocatalizador, los electrones en el material se excitan desde la banda de valencia hacia la banda de conducción, creando pares electrones-huecos. Estos pares pueden participar en reacciones redox, conduciendo a transformaciones químicas que de otro modo serían imposibles.

El papel del fotocatalizador

Un fotocatalizador es crucial para este proceso. Materiales como el dióxido de titanio (TiO2), el óxido de zinc (ZnO) y el sulfuro de cadmio (CdS) se utilizan comúnmente por sus propiedades de absorción de luz eficientes y reactividad. Estos materiales tienen estructuras específicas que facilitan el movimiento de electrones, lo cual es importante para crear pares electrones-huecos.

Excitación de electrones en dióxido de titanio

En TiO2, la excitación de electrones se puede ilustrar de la siguiente manera:

    VB : banda de valencia ⟶ excitación ⟶ CB : banda de conducción
TiO2 Fotón

Aplicaciones en energía

La fotocatálisis es la piedra angular de una variedad de aplicaciones relacionadas con la energía. Su capacidad para convertir la energía solar en energía química es de gran interés para las tecnologías energéticas sostenibles.

División de agua solar

La fotocatálisis juega un papel clave en la división de agua solar, una forma innovadora de generar hidrógeno a partir del agua utilizando la luz solar. En este proceso, los pares electrones-huecos inducidos por la luz en el fotocatalizador impulsan la electrólisis del agua:

2H2O ⟶ 2H2 + O2

Este proceso tiene un potencial enorme, proporcionando un medio limpio y renovable para producir hidrógeno, un valioso portador de energía.

agua H2O Fotocatálisis H2 O2

Celdas de combustible fotocatalíticas

Las celdas de combustible fotocatalíticas combinan celdas de combustible convencionales con fotocatálisis, incrementando la producción de electricidad. La luz proporciona energía a los materiales fotocatalíticos, que descomponen combustibles orgánicos mientras también producen electricidad.

Estos sistemas son esenciales para el desarrollo de dispositivos energéticos portátiles y de alta eficiencia.

Aplicaciones en química ambiental

Los fotocatalizadores han tenido un profundo impacto en la química ambiental para el control de la contaminación y procesos de purificación.

Purificación de agua y aire

Los fotocatalizadores se utilizan extensamente para descomponer contaminantes dañinos en el agua y el aire. Los sistemas basados en dióxido de titanio (TiO2) son particularmente populares, capaces de descomponer una variedad de componentes orgánicos e inorgánicos al ser expuestos a la luz.

Descomposición de contaminantes

La ecuación general que representa la desintegración fotocatalítica es:

    Contaminante + TiO2 / luz ⟶ CO2 + H2O + subproducto inofensivo

Destrucción de microorganismos

Además de descomponer contaminantes químicos, la fotocatálisis también es efectiva contra microorganismos como bacterias y virus, proporcionando una tecnología de purificación de acción dual.

Desafíos y perspectivas futuras

A pesar de su potencial, la fotocatálisis enfrenta varios obstáculos. La eficiencia de la absorción de luz, la rápida recombinación de pares electrones-huecos y el costo de los materiales son algunas de las áreas que requieren avances.

La investigación continua se enfoca en desarrollar mejores fotocatalizadores con mejor eficiencia y rentabilidad. Materiales nanoestructurados y sistemas híbridos que proporcionan mejor absorción de luz y actividad son direcciones prometedoras.

Conclusión

La fotocatálisis es un campo líder en química, presentando un potencial enorme en la solución de necesidades energéticas globales y desafíos ambientales. Su capacidad para impulsar transformaciones químicas con luz abre nuevas avenidas para prácticas químicas sostenibles y ecológicas.


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