Pregrado
  1. Química general  1.1. Introducción a la Química  1.2. Estructura atómica  1.2.1. Partículas subatómicas  1.2.2. Modelo Atómico  1.2.3. Números cuánticos  1.2.4. Configuración Electrónica  1.2.5. Tendencias periódicas  1.2.6. Isotopes and their applications  1.3. Enlace químico  1.3.1. Enlace iónico  1.3.2. Enlaces covalentes  1.3.3. Enlace Metálico  1.3.4. Hibridación  1.3.5. Geometría molecular y teoría VSEPR  1.3.6. Polaridad del enlace y momento dipolar  1.4. Estequiometría  1.4.1. Concepto de mol  1.4.2. Fórmula empírica y molecular  1.4.3. Reactante limitante y reactante en exceso  1.4.4. Porcentaje de Rendimiento y Pureza  1.4.5. Cálculo de dilución  1.5. Estados de la materia  1.5.1. Leyes de los Gases  1.5.2. Materia y Fuerzas Intermoleculares  1.5.3. Estructuras Sólidas y Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma y fluido supercrítico  1.6. Reacciones químicas  1.6.1. Tipos de Reacciones Químicas  1.6.2. Balanceo de ecuaciones químicas  1.6.3. Reacciones termoquímicas  1.6.4. Perfiles de energía de reacción  1.7. Soluciones y mezclas  1.7.1. Unidades de concentración  1.7.2. Propiedades del síndrome  1.7.3. Solubilidad y Reglas de Solubilidad  1.7.4. La ley de Henry y la ley de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partición  1.8. Equilibrio químico  1.8.1. La ley de acción de masas  1.8.2. El principio de Le Chatelier  1.8.3. Cociente de reacción  1.8.4. Para usar esta calculadora en línea para la constante de equilibrio, ingrese la constante de equilibrio (Eq.) y presione el botón de calcular. Aquí es cómo se puede explicar el cálculo de la constante de equilibrio con los valores de entrada dados -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Equilibrio ácido-base  1.9. Ácidos y bases  1.9.1. Definiciones de Arrhenius, Brønsted–Lowry y Lewis  1.9.2. pH y pOH  1.9.3. Titulación ácido-base  1.9.4. Solución Buffer  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Polyprotic Acids and Bases  1.10. Electroquímica  1.10.1. reacciones redox  1.10.2. Celdas Galvánicas y Electrolíticas  1.10.3. Ecuación de Nernst  1.10.4. Electrólisis  1.10.5. Leyes de Faraday de la electrólisis  1.11. Termodinámica  1.11.1. Leyes de la Termodinámica  1.11.2. Entalpía, entropía y energía libre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidad de las reacciones  1.11.4. Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. La ley de velocidad y el orden de reacción  1.12.2. Energía de Activación y Catalizador  1.12.3. Teoría de colisiones  1.12.4. Mecanismo de reacción  1.12.5. Teoría del estado de transición
  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Ligandos y compuestos de coordinación  3.1.2. Teoría del campo cristalino  3.1.3. Teoría de Orbitales Moleculares en Compuestos de Coordinación  3.1.4. Distorsión de Jahn–Taylor  3.2. Química del grupo principal  3.2.1. Metales alcalinos y alcalinotérreos  3.2.2. Halógenos y Gases Nobles  3.2.3. Los metales de transición y sus complejos  3.2.4. Lantánidos y Actínidos  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Redes cristalinas y celdas unitarias  3.3.2. Defectos en sólidos  3.3.3. Propiedades eléctricas y magnéticas  3.3.4. Superconductividad  3.4. Química bioinorgánica  3.4.1. Iones metálicos en biología  3.4.2. Reacciones enzimáticas con metales  3.4.3. Intoxicación por metales y desintoxicación  3.4.4. Metaloproteínas y Metaloenzimas
  4. Química física  4.1. Química Cuántica  4.1.1. Dualidad onda-partícula  4.1.2. Ecuación de Schrödinger  4.1.3. Números Cuánticos y Orbitales  4.1.4. Espectroscopía atómica y molecular  4.2. Mecánica estadística  4.2.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  4.2.2. Funciones de partición  4.2.3. Estadísticas de Bose-Einstein y Fermi-Dirac  4.3. Termodinámica química  4.3.1. Energía Libre de Gibbs  4.3.2. Transición de fase  4.3.3. Eficiencia termodinámica  4.4. Química de superficies  4.4.1. Absorción y Catálisis  4.4.2. Coloides y Emulsiones
  5. Química Analítica  5.1. Métodos clásicos  5.1.1. Análisis Gravimétrico  5.1.2. titrímetro  5.2. Métodos instrumentales  5.2.1. Cromatografía  5.2.2. Espectroscopía  5.2.3. Métodos electroanalíticos  5.2.4. Difracción de rayos X
  6. Química Industrial  6.1. Petroquímica  6.2. Principios de ingeniería química  6.3. Química Verde  6.4. Farmacéuticos y Síntesis de Medicamentos
  7. Bioquímica  7.1. Carbohidratos  7.2. Proteínas y enzimas  7.3. Lípidos y membranas  7.4. Ácidos nucleicos  7.5. Metabolismo y Bioenergética  7.6. Cinética enzimática y mecanismo

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Cristalografía de rayos X


La cristalografía de rayos X es una técnica poderosa utilizada para determinar la estructura atómica y molecular de los cristales. En este método, se dirigen rayos X a un cristal, y la forma en que estos rayos se dispersan o difractan proporciona información sobre la estructura del cristal a nivel atómico. Comprender la cristalografía de rayos X es esencial para el campo de la química orgánica porque proporciona la estructura 3D más precisa y detallada de las moléculas.

Principios básicos

El principio detrás de la cristalografía de rayos X es la naturaleza ondulatoria de los rayos X. Cuando un haz de rayos X golpea un cristal, los átomos dentro del cristal hacen que los rayos X se dispersen en patrones específicos. Dado que la longitud de onda de los rayos X es similar en tamaño a la distancia entre los átomos en un cristal, se pueden usar para estimar posiciones atómicas detalladas.

Para resolver una estructura cristalina, el cristal debe difractar rayos X en muchas direcciones diferentes. Los ángulos e intensidades de estos rayos difractados se miden y analizan para crear una imagen tridimensional de la densidad electrónica dentro del cristal.

Fases en la cristalografía de rayos X

  1. Preparación de cristales: La sustancia a analizar debe estar disponible en forma cristalina. Los cristales deben ser lo suficientemente grandes y estar libres de impurezas.
  2. Recopilación de datos: Recopilar el patrón de difracción de rayos X exponiendo el cristal a rayos X y registrando los rayos difractados. Esto generalmente se hace rotando el cristal y capturando datos desde múltiples ángulos.
  3. Procesamiento de datos: Convertir el patrón de difracción en una forma que pueda interpretarse para dar un mapa de densidad electrónica. Esto implica transformaciones matemáticas, a menudo referidas como transformadas de Fourier.
  4. Construcción de modelos: Crear un modelo de la molécula basado en el mapa de densidad electrónica. Esto generalmente se hace utilizando un software de computadora que ayuda a colocar los átomos en los lugares correctos.
  5. Refinamiento: Refinar el modelo para minimizar la diferencia entre el patrón de difracción observado y el patrón predicho por el modelo.
  6. Interpretación: Finalmente, interpretar el modelo en términos de estructura química, simetría y geometría.

Aspectos matemáticos

Matemáticamente, la cristalografía de rayos X se basa en gran medida en el concepto de la ley de Bragg:

2dsinθ

Donde:

  • n es un entero (orden de reflexión),
  • λ es la longitud de onda del rayo X incidente,
  • d es la distancia entre planos en la red atómica,
  • θ es el ángulo de incidencia.
El patrón de difracción generado es esencialmente un mapa del espacio recíproco y debe transformarse en espacio real para interpretar la estructura molecular.

Visualización de ejemplo

A continuación se puede ver una ilustración simplificada del proceso de difracción de rayos X:

Rayo X incidente Rayos X difractados Cristal

Las fortalezas de la cristalografía de rayos X

La cristalografía de rayos X es un método muy respetado debido a su precisión. Los méritos de esta técnica son los siguientes:

  • Precisión atómica: La capacidad de posicionar átomos dentro de una estructura con precisión.
  • Información estructural 3D: A diferencia de técnicas que dan datos promediados o indirectos (como la RMN), la cristalografía de rayos X proporciona una observación directa de la estructura.
  • Estructuras complejas: Capaz de resolver estructuras moleculares complejas como proteínas y polímeros.

Limitaciones

A pesar de su poder, la cristalografía de rayos X tiene limitaciones:

  • Requisito cristalino: Las moléculas deben formar cristales de calidad, lo cual no siempre es posible.
  • Limitaciones de tamaño: Las estructuras grandes pueden presentar desafíos en la interpretación.
  • Imagen estática: Proporciona imágenes estáticas y no puede capturar procesos dinámicos fácilmente.

Aplicaciones en química orgánica

En química orgánica, la cristalografía de rayos X es indispensable para lo siguiente:

  • Elucidación de estructura: Para determinar con certeza la estructura 3D de moléculas orgánicas.
  • Comprensión de la reactividad: La comprensión del arreglo espacial de los átomos ayuda a predecir la reactividad e interacciones.
  • Farmacéuticos: Diseñar medicamentos basados en interacciones moleculares detalladas.

Ejemplo: determinación de la estructura de la lisozima

Una aplicación ejemplar de la cristalografía de rayos X en química orgánica es la determinación de la estructura de la enzima lisozima. Los investigadores pudieron cristalizar la lisozima y usar difracción de rayos X para determinar su estructura.

Visión general de la estructura de cristal de la lisozima Proteína

Al analizar los datos de difracción de rayos X, se descubrieron las posiciones precisas de los átomos dentro de la enzima lisozima, proporcionando información sobre su función e interacciones con otras moléculas.

Conclusión

La cristalografía de rayos X es una herramienta fundamental en química, que proporciona ideas detalladas sobre estructuras moleculares que avanzan la investigación y el desarrollo en muchos campos científicos. A pesar de estar limitada por la necesidad de cristales de alta calidad y su naturaleza estática, su contribución a la ciencia, especialmente la química orgánica, es enorme. Una comprensión profunda de esta técnica abre la puerta a nuevos descubrimientos en la ciencia molecular y al diseño de nuevos compuestos.


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