Química Física II - Espectroscopía: Fundamentos
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Questions and Answers

¿Qué es la espectroscopia?

La espectroscopia estudia el fenómeno de interacción de la radiación electromagnética con la materia.

¿Qué es la espectroscopía (alta resolución)?

Caracterizar niveles de energía, base experimental para la determinación de la estructura molecular.

¿Qué es la espectroquímica?

Utilización de los datos espectroscópicos para determinar la identidad de átomos, moléculas, iones.

¿Quién propuso, en 1671, que los rayos de luz consisten en un flujo de partículas sin masa?

<p>Isaac Newton</p> Signup and view all the answers

¿Quién, en 1678, argumentó en favor de la naturaleza ondulatoria de la luz?

<p>Huygens</p> Signup and view all the answers

¿Quién demostró de forma convincente la naturaleza ondulatoria de la luz en 1801 con el experimento de doble rendija?

<p>Thomas Young</p> Signup and view all the answers

¿Quién sintetizó los conceptos de la teoría ondulatoria de Huygens, el principio de interferencia de Young y el fenómeno de la difracción?

<p>Augustin Fresnel</p> Signup and view all the answers

¿Quién publicó, en 1864, A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field

<p>James C. Maxwell</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el principio de superposición?

<p>Cuando dos o más ondas atraviesan la misma región del espacio, se produce una perturbación que es la suma de las perturbaciones causadas por cada una de las ondas individuales.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la difracción de la radiación?

<p>Un proceso mediante el cual un haz de radiación paralelo es desviado cuando pasa por una pequeña barrera o una apertura estrecha (rendija).</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la refracción?

<p>Un cambio abrupto en la dirección de un haz de luz en la interfase entre dos medios transparentes que tienen diferentes densidades.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la dispersión?

<p>La variación del índice de refracción con la frecuencia o longitud de onda.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la luz polarizada linealmente?

<p>La luz polarizada linealmente es aquella cuyo campo eléctrico/magnético oscila en un plano.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la luz polarizada circularmente?

<p>Consta dos planos de onda perpendiculares con un desfase de 90° o 270°. El vector del campo eléctrico resultante se mueve en un circulo.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la luz polarizada elípticamente?

<p>Consta dos planos de onda perpendiculares con un desfase de 90° o 270° y con amplitudes distintas. El vector del campo eléctrico resultante se mueve en una elipse.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la energía radiante?

<p>La energía total transmitida, emitida o recibida como radiación en un periodo de tiempo definido.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la potencia radiante?

<p>La energía radiante que se transfiere por unidad de tiempo.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la irradiancia?

<p>La potencia radiante de todas las longitudes de onda incidente sobre un elemento de superficie.</p> Signup and view all the answers

¿Quién propuso, en 1900, que la transferencia de energía entre la luz y las paredes del cuerpo negro se realiza de forma cuantizada?

<p>Max Planck</p> Signup and view all the answers

¿Quién explicó, en 1905, el efecto fotoeléctrico, usando la hipótesis cuántica de Planck y postulando la existencia de fotones?

<p>Albert Einstein</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el efecto fotoeléctrico?

<p>La emisión de electrones desde una superficie metálica cuando se ilumina con luz de frecuencia suficientemente alta.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es un fotón?

<p>La cantidad mínima de energía que un sistema puede intercambiar.</p> Signup and view all the answers

¿Qué propone la teoría atómica o corpuscular?

<p>La materia está compuesta de entidades discretas separadas entre sí por espacios vacíos.</p> Signup and view all the answers

¿Qué propone la teoría de la materia continua e infinitamente divisible?

<p>La materia es infinitamente divisible, es decir, no hay límite para el tamaño de las partículas.</p> Signup and view all the answers

¿Quién propuso la teoría atómica?

<p>Demócrito</p> Signup and view all the answers

¿Qué propuso John Dalton sobre las acciones químicas en el siglo XVIII?

<p>Todos los cuerpos de magnitud sensible, líquidos o sólidos, están constituidos por una cantidad enorme de partículas extremadamente pequeñas o átomos de materia unidos por una fuerza de atracción que es más o menos potente según las circunstancias.</p> Signup and view all the answers

¿Qué propuso Amedeo Avogadro en el siglo XIX?

<p>Que los números de partículas en volúmenes iguales de diferentes gases son los mismos a igual presión y temperatura.</p> Signup and view all the answers

¿Qué propuso Daniel Bernoulli en el siglo XVIII?

<p>Que los gases están compuestos de un gran número de partículas perfectamente elásticas en rápido movimiento de traslación.</p> Signup and view all the answers

¿Quién introdujo el método estadístico que nos permite comprender mejor la teoría cinética de los gases?

<p>James C. Maxwell</p> Signup and view all the answers

¿Qué son los fenómenos resonantes?

<p>Procesos que ocurren cuando la frecuencia de la radiación coincide con una separación energética entre dos estados de la molécula.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la condición de resonancia de Planck-Bohr?

<p>La condición de resonancia de Planck-Bohr establece que la energía de un fotón absorbido o emitido debe ser igual a la diferencia de energía entre dos niveles de energía del sistema.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es un tratamiento clásico de la interacción radiación-materia?

<p>Un tratamiento clásico de la interacción radiación-materia se basa en la descripción clásica de ambos sistemas, la radiación se describe como una onda electromagnética, mientras que la materia se describe como un conjunto de partículas con momento dipolar o momento magnético.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el principio de superposición de estados?

<p>La función de onda que describe la evolución temporal de un sistema puede expresarse como una combinación lineal de las funciones estacionarias. En otras palabras, un sistema mecanocuántico puede estar en una superposición de dos o más estados.</p> Signup and view all the answers

¿Cómo se puede obtener la probabilidad de transición entre dos estados en un sistema cuántico?

<p>La probabilidad de transición entre dos estados estacionarios de un sistema cuántico se obtiene utilizando la teoría de perturbaciones dependiente del tiempo. Esta teoría permite calcular la evolución temporal de un sistema cuántico cuando se le aplica una perturbación externa, como la luz.</p> Signup and view all the answers

¿Qué son las reglas de selección?

<p>Las reglas de selección son un conjunto de reglas que detallan cuáles transiciones entre dos estados cuánticos son posibles y cuáles no. Estas reglas se basan en la simetría de la función de onda del sistema y en la ley de conservación del momento angular.</p> Signup and view all the answers

¿Qué tipo de espectros hay?

<p>Espectros de rotación, de vibración y electrónicos.</p> Signup and view all the answers

¿En qué se basan los espectros de rotación?

<p>Se basan en el modelo del rotor rígido, que se utiliza para describir el movimiento de rotación de una molécula rígida.</p> Signup and view all the answers

¿En qué se basan los espectros electrónicos?

<p>Se basan en el modelo del átomo de hidrógeno, que se utiliza para describir el movimiento de los electrones en los átomos.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la Ley de Beer-Lambert?

<p>La Ley de Beer-Lambert es una ley que relaciona la absorbancia de una solución con la concentración del analito y el camino óptico de la luz a través de la solución.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el ensanchamiento Doppler?

<p>El ensanchamiento Doppler es un fenómeno que se produce cuando una fuente emisora de ondas se aleja o acerca de un observador estacionario, haciendo que la frecuencia de las ondas se perciba desplazada hacia el rojo o hacia el azul, respectivamente.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el ensanchamiento de tiempo de vida?

<p>El ensanchamiento de tiempo de vida es un fenómeno que se produce cuando la vida de un estado excitado no es infinito, y se produce una incertidumbre en la energía del estado excitado.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el ensanchamiento por presión?

<p>El ensanchamiento por presión es un fenómeno que se produce cuando las moléculas de un gas colisionan entre sí, provocando interrupciones en el tiempo de vida de los estados excitados.</p> Signup and view all the answers

¿Cómo se pueden reducir los efectos del ensanchamiento Doppler?

<p>Los efectos del ensanchamiento Doppler se pueden reducir utilizando haces moleculares supersónicos o técnicas de baja temperatura.</p> Signup and view all the answers

¿Cómo se pueden reducir los efectos del ensanchamiento por presión?

<p>Los efectos del ensanchamiento por presión se pueden reducir utilizando técnicas de baja presión.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la técnica de Lamb Dip?

<p>La técnica de <em>Lamb Dip</em> es una técnica espectroscópica que permite obtener una resolución muy alta, y se utiliza para estudiar la estructura fina de las líneas espectrales.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es un espectrofotómetro?

<p>Un espectrofotómetro es un instrumento que mide la intensidad de la luz a diferentes longitudes de onda. Se utiliza para analizar la composición y la estructura de la materia.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el poder de resolución de un espectrofotómetro?

<p>El poder de resolución de un espectrofotómetro es su capacidad para discriminar dos señales muy próximas en frecuencia.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la sensibilidad de un espectrofotómetro?

<p>La sensibilidad de un espectrofotómetro es la relación entre el incremento de la respuesta del instrumento (intensidad de la señal) y el cambio en la concentración del sistema.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el ruido en un espectrofotómetro?

<p>El ruido es una señal no deseada que se superpone a la señal del sistema que se está midiendo. El ruido puede tener una variedad de fuentes, como fluctuaciones de potencia, de temperatura o de señal eléctrica.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el ruido térmico o de Johnson?

<p>El ruido térmico o de Johnson es un tipo de ruido que se produce en todos los dispositivos eléctricos y electrónicos, y se debe a la agitación térmica de los electrones.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el ruido de disparo?

<p>El ruido de disparo es un tipo de ruido que se produce cuando un número finito de partículas transportan energía, como en los dispositivos de vacío.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el ruido de fluctuación o flicker?

<p>El ruido de fluctuación o flicker es un tipo de ruido que es inversamente proporcional a la frecuencia.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el ruido medioambiental?

<p>El ruido medioambiental se produce por la transferencia de energía del entorno al instrumento de medida. Puede provenir de una variedad de fuentes, como fuentes de alimentación eléctrica, dispositivos electrónicos o vibraciones mecánicas.</p> Signup and view all the answers

¿Cómo se puede mejorar la relación señal-ruido en un espectrofotómetro?

<p>La relación señal-ruido en un espectrofotómetro se puede mejorar utilizando técnicas de acumulación digital, técnicas de filtrado digital, o técnicas de excitación pulsada.</p> Signup and view all the answers

¿Cuáles son los tres principales tipos de fuentes de radiación que se utilizan en la espectroscopia de absorción?

<p>Las fuentes de radiación monocromáticas, las fuentes de radiación no monocromáticas y las fuentes de radiación analizadas.</p> Signup and view all the answers

¿Cómo se pueden mejorar las técnicas experimentales para obtener espectros de calidad?

<p>Mejorar las técnicas experimentales para obtener espectros de calidad implica utilizar elementos dispersivos de alta calidad, rendijas de entrada y salida estrechas y fuentes de radiación de alta estabilidad. También es importante minimizar el ruido en el espectrofotómetro y controlar las variables experimentales, como la temperatura y la presión.</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Suma de ondas

La onda resultante se obtiene sumando dos ondas componentes.

Transformada de Fourier

Las ecuaciones de Fourier permiten transformar una señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia.

Ondas en fase

Dos ondas con la misma frecuencia se encuentran en fase cuando sus crestas y valles coinciden.

Batido (Beat)

Cuando dos ondas con amplitudes similares y frecuencias ligeramente diferentes se superponen, se produce una onda con una amplitud que varía periódicamente. El patrón resultante se denomina batido.

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Difracción

El fenómeno de la difracción ocurre cuando una onda se encuentra con un obstáculo o una abertura. La onda se dobla alrededor del obstáculo y se propaga en direcciones diferentes.

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Dispersión

La dispersión ocurre cuando la velocidad de una onda depende de su frecuencia. Esto provoca la separación de las diferentes frecuencias de la onda.

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Luz polarizada

La luz polarizada es una onda electromagnética que vibra en un solo plano. Se puede obtener polarizando la luz no polarizada.

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Efecto fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones de una superficie metálica cuando se expone a radiación electromagnética con suficiente energía.

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Bosones

Las partículas elementales que no tienen masa y se comportan como ondas se clasifican como bosones.

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Estados electrónicos

El movimiento de los electrones en un átomo origina estados electrónicos, que son los niveles de energía que los electrones pueden ocupar.

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Momento dipolar inducido

Una molécula sin carga ni momento dipolar permanente, pero con una distribución desigual de carga, puede tener un momento dipolar inducido en presencia de un campo eléctrico.

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Resonancia

La resonancia ocurre cuando la frecuencia de la radiación incidente coincide con la frecuencia de la transición entre dos niveles de energía de una molécula.

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Emisión espontánea

Una molécula en un estado excitado se relaja a su estado fundamental emitiendo un fotón con energía equivalente a la diferencia de energía entre los dos estados.

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Emisión inducida

Una molécula puede pasar a un estado virtual al absorber un fotón que no está en resonancia con una transición específica. Este estado virtual es inestable y la molécula vuelve rápidamente al estado fundamental emitiendo un fotón.

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Espectro de rotación

Un espectro de rotación se obtiene cuando las moléculas absorben o emiten radiación electromagnética debido a las transiciones rotacionales entre diferentes niveles de energía.

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Números cuánticos de rotación

En un espectro de rotación, las transiciones están reguladas por los valores de los números cuánticos de rotación, lo que determina la energía de los niveles de rotación.

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Ensanchamiento de líneas espectrales

El ensanchamiento de líneas en un espectro se refiere al aumento del ancho de las líneas espectrales debido a diferentes factores, como el movimiento de las moléculas o las interacciones intermoleculares.

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Ensanchamiento Doppler

El ensanchamiento Doppler es un fenómeno que ocurre debido al movimiento de las moléculas en un gas. Las moléculas que se mueven hacia un detector ven la radiación a una frecuencia ligeramente más alta, mientras que las que se alejan la ven a una frecuencia más baja, lo que provoca un ensanchamiento de la línea espectral.

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Espectroscopia de barrido

La espectroscopia de barrido es una técnica que utiliza una fuente de radiación monocromática que se mueve a través de un rango de frecuencias. Se mide la absorción o emisión de luz por una muestra en función de la frecuencia de la radiación.

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Chorros supersonicos

Los chorros supersonicos son flujos de gas a alta velocidad que se utilizan en espectroscopia para reducir el ensanchamiento Doppler y provocar una población invertida en ciertos estados.

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Población invertida

La población invertida es una situación en la que la población de un estado excitado es mayor que la población del estado fundamental. Esta condición es esencial para la amplificación de luz en un láser.

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Absorción

La absorción de radiación electromagnética ocurre cuando la energía de la radiación coincide con la diferencia de energía entre dos estados de una molécula.

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Emisión

La emisión de radiación electromagnética ocurre cuando una molécula vuelve a un estado de menor energía y libera un fotón.

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Potencia de absorción

La potencia de la radiación absorbida se calcula como el producto del coeficiente de absorción, la densidad de la muestra y la longitud del camino óptico.

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Potencia de emisión

La potencia de la radiación emitida se calcula como el producto del coeficiente de emisión espontánea, la densidad de la muestra y la longitud del camino óptico.

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Potencia neta absorbida

La potencia neta absorbida por un sistema es la diferencia entre la potencia de la radiación absorbida y la potencia de la radiación emitida.

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Ley de Beer-Lambert

La ley de Beer-Lambert describe la relación entre la absorción de luz y la concentración de una muestra. Establece que la absorbancia es proporcional a la concentración y a la longitud del camino óptico.

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Coeficiente de absorción

El coeficiente de absorción es una medida de la capacidad de un material para absorber radiación a una longitud de onda determinada. Es una propiedad específica del material y depende de la estructura molecular.

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Coeficiente de emisión espontánea

El coeficiente de emisión espontánea es una medida de la probabilidad de que una molécula en un estado excitado emita un fotón de manera espontánea.

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Coeficiente de emisión inducida

El coeficiente de emisión inducida es una medida de la probabilidad de que una molécula en un estado excitado emita un fotón bajo la influencia de radiación incidente.

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Técnicas de mejora de la relación señal-ruido

Las técnicas de mejora de la relación señal-ruido se utilizan para aumentar la calidad de las señales espectroscópicas al minimizar el ruido.

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Espectroscopia de absorción atómica

La espectroscopia de absorción atómica es una técnica que utiliza la absorción de radiación por átomos en estado gaseoso para determinar la concentración de un analito en una muestra.

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Espectroscopia de emisión atómica

La espectroscopia de emisión atómica es una técnica que utiliza la emisión de radiación por átomos excitados en un estado gaseoso para determinar la concentración de un analito en una muestra.

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Study Notes

Química Física II - Tema 1: Espectroscopía: Fundamentos

  • La espectroscopía estudia la interacción entre la radiación electromagnética y la materia.
  • Se centra en los procesos de absorción, emisión y dispersión.
  • La radiación electromagnética interacciona con la materia sin alterarla químicamente.
  • Los procesos de interacción pueden ser resonantes (cuando las frecuencias de la radiación coinciden con las diferencias de energía de los átomos o moléculas) o no resonantes (dispersión).
  • Se incluyen tratamientos clásicos y semiclásicos de la interacción radiación-materia, los coeficientes de Einstein, emisión espontánea, interacción con campos fuertes, reglas de selección, niveles de energía, intensidades de las regiones del espectro electromagnético, la ley de Bouguer-Lambert-Beer, la forma y anchura de las líneas, y las técnicas experimentales.

Antecedentes Históricos

  • Los orígenes de la espectroscopía se remontan al siglo XVII con los primeros estudios de la luz solar.
  • Isaac Newton (1666) y William Herschell (1800) fueron pioneros en estos estudios.
  • Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen (1860) desarrollaron el análisis espectroscópico con espectros de emisión de gases y vapores a la llama.
  • En el siglo XX, la mecánica cuántica proporcionó la metodología teórica para interpretar los procesos espectroscópicos.
  • Científicos clave del siglo XX incluyen a Planck, Einstein, Rutherford, Bohr, de Broglie, Schrödinger, Hund, Mulliken, Pauling y Lennard-Jones.

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Este quiz abarca los principios fundamentales de la espectroscopía, enfocándose en la interacción de la radiación electromagnética con la materia. Explora procesos como la absorción, emisión y dispersión, y presenta tanto tratamientos clásicos como semiclásicos. También se aborda la historia de la espectroscopía desde el siglo XVII.

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