Resonancia y Espectroscopía Clásica

La idea de que la materia está compuesta por partículas indivisibles llamadas átomos, propuesta por Demócrito.

El concepto de que la materia está compuesta por átomos que se combinan en proporciones definidas para formar compuestos.

Las ideas de Aristóteles sobre la naturaleza de la materia, que dominaron la ciencia durante la Edad Media.

La fuerza que mantiene unidos los átomos en una molécula.

La fuerza que atrae las moléculas de un gas para formar un líquido.

La masa de un átomo, que se expresa en unidades de masa atómica (uma).

Una agrupación de dos o más átomos unidos por enlaces químicos.

La hipótesis de que el volumen de un gas es proporcional al número de moléculas que contiene, a presión y temperatura constantes.

En física clásica, la resonancia ocurre cuando dos sistemas con la misma frecuencia natural se acoplan, lo que permite la transferencia de energía.

Proceso en espectroscopia donde la luz incidente de una frecuencia específica hace que un átomo o molécula absorba energía y pase a un estado de mayor energía (estado excitado).

Proceso donde un átomo o molécula en un estado excitado emite un fotón de luz y regresa a un estado de menor energía (estado fundamental).

La frecuencia de la radiación electromagnética debe coincidir con la diferencia de energía entre dos estados de un átomo o molécula para que ocurra absorción o emisión.

Espectroscopia donde se utiliza la resonancia magnética nuclear (RMN) y la resonancia de espín electrónico (RSE) para estudiar la estructura y dinámica de moléculas.

La espectroscopía electrónica estudia los cambios en la distribución electrónica alrededor del núcleo positivo, que pueden provocar un cambio en el momento dipolar e interaccionar con el campo eléctrico de la radiación.

Las transiciones electrónicas son cambios en la distribución electrónica de un átomo o molécula, generalmente provocadas por la absorción o emisión de radiación electromagnética.

Una transición electrónica será activa si la redistribución de carga genera un cambio en el momento dipolar del átomo o la molécula.

En el tratamiento semiclásico, la radiación electromagnética se considera clásica, con propiedades ondulatorias, mientras que la materia se describe según la mecánica cuántica.

La ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo describe la evolución temporal de un sistema cuántico, como un átomo, al que se le aplica una perturbación externa.

La perturbación del sistema ocurre cuando se irradia con energía electromagnética, lo que afecta al Hamiltoniano del sistema.

H'

H0

La integral del momento de transición (𝜇m𝑛) representa la probabilidad de que ocurra una transición entre dos estados cuánticos.

Es una condición necesaria para que se produzca la transición cuántica, pero no garantiza que ocurra. La radiación no es suficiente para que se produzca una transición, también depende de las propiedades del sistema.

La magnitud del sumando entre barras aumenta, y por lo tanto aumenta la probabilidad de transición, cuando los denominadores de las exponenciales imaginarias disminuyen.

El tratamiento semiclásico de la interacción radiación-materia considera la radiación como un campo electromagnético clásico que interactúa con los electrones atómicos cuantificados.

Las reglas de selección determinan las transiciones cuánticas permitidas o prohibidas, es decir, qué transiciones pueden ocurrir y cuáles no. Es importante recordar que las transiciones prohibidas pueden ser muy pequeñas, pero no imposibles.

La probabilidad de absorción inducida es máxima cuando la frecuencia de la radiación incidente (𝜔) coincide con la frecuencia de transición del sistema (𝜔).

En la absorción inducida, la probabilidad de transición es proporcional al seno al cuadrado de la mitad del ángulo de fase, que depende de la diferencia de frecuencia entre la radiación y la frecuencia de transición, y el tiempo de interacción.

La probabilidad de emisión inducida también es proporcional al seno al cuadrado de la mitad del ángulo de fase y alcanza su máximo cuando la frecuencia de la radiación incidente coincide con la frecuencia de transición del sistema.

La probabilidad de transición en emisión inducida depende del seno al cuadrado de la mitad del ángulo de fase, que se determina por la diferencia de frecuencia y el tiempo de interacción.

La probabilidad de absorción o emisión inducida es máxima cuando la frecuencia de la radiación incidente coincide con la frecuencia de transición del sistema. Esto se conoce como resonancia.

La probabilidad de que un sistema cuántico cambie de un estado inicial a un estado final debido a una perturbación. Se calcula como la integral de la perturbación a través del tiempo.

En el contexto de la física cuántica, la perturbación se refiere a una interacción o fuerza externa que puede causar transiciones entre estados cuánticos. El Hamiltoneano de interacción describe la perturbación.

El momento dipolar (µ) representa la distribución de carga en un sistema (por ejemplo, un átomo). En el contexto de la interacción radiación-materia, es la propiedad clave que determina cómo las moléculas absorben y emiten radiación. Las moléculas con mayor momento dipolar tienen mayor capacidad de absorción y emisión.

En el contexto de la interacción radiación-materia, la condición de perturbación pequeña implica que la intensidad de la radiación incide en la materia es lo suficientemente baja como para que las transiciones entre estados cuánticos sean causadas por la absorción de un solo fotón. En este caso, la aproximación de perturbación es válida.

La interacción de dipolo eléctrico describe cómo los campos eléctricos de la radiación interactúan con el momento dipolar de una molécula, lo que puede resultar en la absorción o emisión de radiación electromagnética.

Las transiciones entre niveles energéticos atómicos, que se producen cuando un átomo absorbe o emite fotones. El tratamiento semiclásico describe la interacción radiación-materia.