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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Espectroscopía


La espectroscopía es una técnica utilizada en la química analítica para estudiar la interacción entre la materia y la radiación electromagnética. Proporciona información esencial sobre la composición, estructura y propiedades de las sustancias. En su núcleo, la espectroscopía implica la medición de la luz absorbida o emitida por una muestra, que puede analizarse para inferir varias características de la muestra. La gama de métodos de espectroscopía es vasta, cada uno con sus propias aplicaciones y principios únicos.

Para entender cómo funciona la espectroscopía, uno debe comprender los fundamentos de la luz y su interacción con la materia. La luz se comporta tanto como una onda como una partícula y, cuando entra en contacto con la materia, puede ser absorbida, reflejada o transmitida. La absorción de luz por las moléculas puede causar transiciones electrónicas, transiciones vibracionales o ambas, dependiendo de la energía de la luz y la naturaleza de la materia.

Espectro electromagnético

El espectro electromagnético incluye todos los tipos de radiación electromagnética, que van desde los rayos gamma de alta energía hasta las ondas de radio de baja energía. Cada región del espectro se caracteriza por un rango específico de longitud de onda o frecuencia. Al hablar de espectroscopía, las regiones más relevantes incluyen ultravioleta (UV), visible, infrarrojo (IR) y, a veces, microondas.

Espectro Electromagnético:
- Rayos Gamma
- Rayos X
- Ultravioleta (UV)
- Luz Visible
- Infrarrojo (IR)
- Microondas
- Ondas de Radio

En la espectroscopía, a menudo nos ocupamos de las partes UV, visible e IR del espectro. Dado que diferentes materiales y estructuras moleculares absorben diferentes longitudes de onda, observar qué longitudes de onda son absorbidas puede proporcionar una visión valiosa de la muestra que se estudia.

Naturaleza de la luz: longitud de onda y frecuencia

La luz puede describirse tanto por su longitud de onda como por su frecuencia. La longitud de onda es la distancia entre dos picos sucesivos de una onda, generalmente medida en metros, nanómetros (1 nm = 10-9 m) o micrómetros (1 micrómetro = 10-6 m). La frecuencia es el número de ciclos de onda que pasan por un punto fijo en un segundo, medida en hertzios (Hz). Existe una relación inversa entre longitud de onda y frecuencia; a medida que una aumenta, la otra disminuye.

c = λν

Dónde:

  • c es la velocidad de la luz en el vacío (alrededor de 3.00 x 108 metros por segundo).
  • λ (lambda) es la longitud de onda.
  • ν (nu) es la frecuencia.

La energía de un fotón se puede calcular usando la ecuación de Planck:

E = hν

Dónde:

  • E es la energía del fotón.
  • h es la constante de Planck (6.626 x 10-34 Js).
  • ν es la frecuencia.

Tipos de espectroscopía

La espectroscopía puede clasificarse según la región del espectro electromagnético, la transición energética específica que ocurre en la muestra o el objetivo analítico. Algunos tipos comunes de espectroscopía son:

1. Espectroscopía ultravioleta-visible (UV-Vis)

Espectro ultravioleta-visible Ultravioleta Visible

La espectroscopía UV-Vis implica medir la absorción de luz ultravioleta o visible por una sustancia. Cuando una molécula absorbe luz UV o visible, los electrones en la molécula se excitan de niveles de energía más bajos a niveles de energía más altos. La longitud de onda de la luz absorbida por la molécula puede proporcionar información sobre su estructura electrónica, lo que a su vez puede revelar detalles sobre la identidad y la concentración de la sustancia.

Una aplicación común de la espectroscopía UV-Vis es determinar la concentración de una solución mediante la ley de Beer-Lambert:

A = εbc

Dónde:

  • A es la absorbancia (sin unidades).
  • ε es la absorptividad molar (L/mol·cm).
  • b es la longitud del camino de la cubeta (cm).
  • c es la concentración de la solución (mol/L).

2. Espectroscopía infrarroja (IR)

La espectroscopía IR implica la interacción de la radiación infrarroja con la materia, causando principalmente cambios vibracionales en las moléculas. La radiación infrarroja es de menor energía que la luz visible, y su interacción con las moléculas generalmente implica cambios en los estados vibracionales de los enlaces químicos. Espectro infrarrojo Modo de vibración

El espectro infrarrojo de un compuesto muestra la transmitancia o absorbancia como una función de la longitud de onda o frecuencia de la luz infrarroja absorbida. Diferentes grupos funcionales (por ejemplo, grupos -OH, -NH, -CH) absorben a frecuencias específicas, por lo que la espectroscopía IR es muy útil para identificar estos grupos y determinar la estructura de compuestos orgánicos.

3. Espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN)

Espectro de resonancia magnética nuclear Interacción con campo magnético

La espectroscopía RMN se basa en la absorción de radiación de radiofrecuencia por núcleos en un campo magnético. Cuando ciertos núcleos, como el hidrógeno-1 (protones) o el carbono-13, se colocan en un campo magnético, pueden absorber radiación de radiofrecuencia que causa la transición entre diferentes estados de espín nuclear. El espectro resultante proporciona información detallada sobre el entorno electrónico local de los átomos en la molécula.

La RMN es particularmente poderosa para determinar la estructura de moléculas orgánicas. Las posiciones de las señales de RMN, conocidas como desplazamientos químicos, pueden revelar los tipos de estructuras de carbono-hidrógeno presentes en una molécula. La división de estas señales puede proporcionar información sobre átomos vecinos, permitiendo dilucidar más la estructura molecular.

4. Espectrometría de masas

Aunque no es un método tradicional de espectroscopía, la espectrometría de masas es una técnica complementaria que a menudo se utiliza junto con métodos espectroscópicos. La espectrometría de masas genera iones de una muestra y mide su relación masa-carga. Esto permite estimar el peso molecular y varias características estructurales de la molécula. Espectro de masas Relación masa-carga

La espectrometría de masas es increíblemente versátil y puede usarse para análisis cuantitativos y cualitativos. Se utiliza ampliamente en una variedad de campos, desde la industria farmacéutica hasta la ciencia ambiental, para la identificación y cuantificación de compuestos, la detección de contaminantes y mucho más.

Aplicaciones e importancia de la espectroscopía

La principal fortaleza de la espectroscopía es que puede proporcionar información detallada sobre la estructura molecular de una muestra, a menudo sin requerir grandes cantidades de material o preparación de la muestra. Esto la hace increíblemente valiosa en la investigación y la industria.

Por ejemplo, la espectroscopía se utiliza para el control de calidad en la industria farmacéutica, asegurando la autenticidad y pureza de los medicamentos. En la ciencia ambiental, la espectroscopía puede detectar la presencia de contaminantes y toxinas, incluso en cantidades mínimas, ayudando así en la monitorización y el control de la contaminación.

En el campo de la química, la espectroscopía es una herramienta importante para determinar estructuras moleculares, mecanismos de reacción y la cinética y termodinámica de los procesos químicos. En astronomía, ayuda a analizar la estructura de estrellas y galaxias distantes, aumentando nuestra comprensión del universo.

Interpretación de datos espectrales

Comprender e interpretar datos espectrales puede ser complejo, pero algunas pautas generales se aplican. La mayoría de los espectros se trazan con la respuesta (absorbancia, transmitancia, etc.) en el eje y y alguna medida de energía (longitud de onda, frecuencia, desplazamiento químico) en el eje x.

Los picos en ubicaciones específicas a menudo indican la presencia de átomos, enlaces o grupos funcionales específicos. En la espectroscopía UV-Vis, los picos indican transiciones electrónicas que ocurren dentro de la muestra. En la espectroscopía IR, los picos se correlacionan con modos vibracionales de enlaces químicos.

El ruido, la deriva de la línea base y los artefactos instrumentales también pueden afectar los datos espectrales. Aprender a analizar estos espectros implica reconocer y compensar estos posibles errores y variaciones.

Resumen

La espectroscopía es una herramienta analítica indispensable utilizada en muchas disciplinas científicas. Al comprender los principios de la interacción de la luz con la materia y analizar los espectros resultantes, los científicos pueden obtener información esencial sobre las propiedades químicas y físicas de una amplia gama de sustancias. Ya sea observando emisiones atómicas, estructuras moleculares o identificando compuestos desconocidos, la espectroscopía proporciona una puerta de entrada única al mundo molecular.


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