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PROPIEDADES DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA. ESPECTRSOCOPIA Estudia la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, con aplicaciones en química , física, astronomía, etc.. - PowerPoint PPT Presentation
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PROPIEDADES DE LA RADIACION PROPIEDADES DE LA RADIACION
ELECTROMAGNETICAELECTROMAGNETICA
Van Holde, Fig. 10.1
ESPECTRSOCOPIA
Estudia la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, con aplicaciones en química, física, astronomía, etc..
El análisis espectral en el cual se basa, permite detectar la absorción o emisión de radiación electromagnética a ciertas longitudes de onda, y relacionar éstas con los niveles de energía implicados en una transición cuántica.
Naturaleza Naturaleza onduladoria de onduladoria de
la luzla luz
La E se transporta en el espacio, por medio de la radiación electromagnética
todas las formas de energía se mueven en forma de ondas y todas viajan en el vacio a la misma velocidad
(c = 3.0 x 10 8 m/s)
La luz desde el sol, la energía ocupada para calentar alimentos en hornos de microondas, el calor radiante de las estufas eléctricas, los rayos X en medicina, etc., son ejemplos de la radiación electromagnética
Van Holde, Fig. 10.1
Parámetros ondulatoriosParámetros ondulatorios
longitud de onda mide la distancia que hay entre dos máximos vecinos (m, cm, nm, pm)
frecuencia El N° de veces que se repite el máximo de la onda que se propaga en una dirección, "cada 1 segundo" (herts ciclos/segundo)
número de onda : inverso de la longitud de onda (cm –1)
1. Estas tres características de la radiación como onda (c) se relacionan entre sí de la siguiente manera:
(1/s) · (m) = c(m/s) = 3.108(m/s) (1/s) · (m) = c(m/s) = 2,9979·108(m/s) Ejemplo: La luz amarilla del espectro solar, o bien de una lámpara que contiene gas Sodio, tiene una longitud de onda = 589 nm. ¿A qué frecuencia corresponde?
R//. 5,1·1014(1/s , Hz ó ciclos/s)
Ecuación general de la energía: E = h = hc/
h (cte. Planck) = 6.63·10-34 J.s Cuál es la energía que un átomo absorbe de la luz amarilla de = 589 nm
R// E = 3.37·10-19 J
Superposición de ondasSuperposición de ondasCuando dos o mas ondas atraviesan la misma región del espacio, se produce un desplazamiento igual a la suma de los desplazamientos causados por las ondas individuales.
Velocidad de propagaciónVelocidad de propagación
En cualquier medio, la propagación de la radiación disminuye Debido a la interacción entre el campo electromagnético de la radiación y los electrones de los átomos y moléculas presentes
-La frecuencia de la radiación lo determina la fuente y permanece invariable.– La velocidad de la radiación y su longitud de onda dependen de la composición del medio que atraviesa.
INDICE DE REFRACCION
El grado de flexión o refracción que hay en la interface entre dos materiales de distintas densidades es bastante predecible, y depende del índice de refracción de cada material.
El índice de refracción mide la interacción de la radiación con la materia
La relación de la velocidad de propagación de la luz en el vacio entre la velocidad de propagación de la luz en determinado material
vc
n
Formas de EnergíaFormas de EnergíaLas distintas radiaciones afectan a la materia en mayor o menor grado, dependiendo de su energía.
Ej. La exposición del cuerpo humano a la radiación IR, puede causar quemaduras por calor o enrojecimientos de la piel.
La radiación UV/VIS, produce un color café o bronceado por el sol, dependiendo del tiempo de exposición.
Los rayos X produce daño profundo en los tejidos y posible cáncer de la piel o interno.
Espectro electromagnéticoPresenta las diferentes formas de energía con sus longitudes de onda y frecuencia características
Rangos de R ayos - 0 .001 - 0 .01 nm /núcleo
R ayos - X .01 -10 nm / e internos
U V 10 - 400 nm / e valencia
V isible 400 - 800 nm / e valencia
IR 800 - 10 6 nm / vib racion
M icroondas 10 6 - 10 8 nm / rotación
R adio 10 8 - 10 11 nm / sp in nucleo
10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102
longitud de onda (cm)
rayos rayos x UV VIS IR -ondas radio
Espctroscopía UV:
cromóforos
Espectroscopía IR:
grupos funcionales
Espectroscopía RMN: átomos individuales y su entorno
La espectrometría de masa es una técnica diferente ya que por lo
general no involucra interacción de la materia con energía
electromagnética.
Radiación Visible
Ondas luminosas capaces de estimular el ojo humano; los demás rayos no pueden ser percibidos por la visión humana.
Estos rayos visibles toman colores definidos, su descomposición se realiza con la ayuda de cuerpos cristalinos.
Colores absorbidos y reflejadosColores absorbidos y reflejados
Longitud de onda y el colorLongitud de onda y el color
Violeta: 400-420 nm
Indigo: 420-440 nm
Azul: 440 -490 nm
Verde: 490-570 nm
Amarillo: 570-585 nm
Naranja: 585-620 nm
Rojo: 620-780 nm
Los colores vienen determinados por la frecuencia de la onda electromagnética, siendo la luz "blanca" una mezcla de todas las frecuencias.
La luz blanca que llega al prisma se refracta y emerge formando una serie de bandas de colores diferentes.
Este fenómeno se denomina dispersión o descomposición de la luz.
Los colores que observamos son los reflejados
Colores complementarios:
Absorción a 420-430 nm: se ve amarillo
Absorción a 500-520 nm: se ve rojo
Absorción total: se ve negro
Reflexión total: se ve blanco
Formas de interacción de la Formas de interacción de la radiación con la materiaradiación con la materia
Efecto fotoelectricoEfecto fotoelectrico
cuando la luz incide sobre una superficie metálica, la superficie emite electrones.
El resultado de esto es que existe una mínima frecuencia de luz bajo la cual ningún e- abandona la superficie iluminada. Solo cuando fotones de radiación de suficiente energía hv chocan la superficie metálica
Si la energía del fotón h es muy pequeña, ningún electrón se libera
Ecin.=1/2me(vele)2 =h - Eenlace
La luz como partículaLa luz como partículaLa luz se comporta como una partícula golpeando electrones fuera del átomo A esta partícula elemental se le llama fotón. El fotón se entiende como un paquete de energía electromagnética o luz. Éste fue propuesto por Albert Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico. La energía para cierta longitud de onda se pude expresar J / fotón o cuanto
Absorción y emisión de luzAbsorción y emisión de luzPlanck (1901) planteó que existían niveles de energía muy definidos dentro del átomo, que el proceso de absorción de la energía involucraba a los electrones externos al núcleo y que alguno de ellos eran transportados a niveles superiores debido a la excitación por la luz (Proceso de Absorción de luz) y que al regresar a su estado fundamental, devolvía esa misma energía en forma luminosa (Proceso de Emisión de luz)
Absorción de la RadiaciónAbsorción de la Radiación
Incrementa la energía de un átomo o molécula La absorción de un fotón promueve a un átomo o
molécula de su estado basal o un nivel excitado La absoción de luz UV/Vis promueve a los
electrones externos a otro de mayor energía
– 1s2 + h 1s12s1
Absorción de la RadiaciónAbsorción de la Radiación
Cuando el HCl absorbe radiación IR aumenta su energía vibracional
Cuando el H2O absorbe radiación de microondas aumenta su energía rotacional e
H2O + h H2O
H Cl + h H Cl
Absorción AtómicaAbsorción Atómica
Los átomos absorben radiación a longitudes de onda definidas
Producen espectros simples (pocos picos, bien definidios)
Los electrones externos del átomo se promueven a mayores niveles de nergía (niveles excitados)
Absorción molecularAbsorción molecular Espectro es más complejo La E asociada a las bandas de una molécula se
forma por: Etot = Eelectrónica + Evibracional + E rotacional
La Eelectrónica proviene de los distintos estados energéticos de los distintos electrones enlazantes
La E vibracional proviene del elevado número de vibraciones interatómicas de las moléculas
La E rotacional se produce por los distintos movimientos de rotación de las molécula (muchos)
Absorcion – Niveles de EnergiaAbsorcion – Niveles de Energia
E
N
E
R
G
Y
Nivel electronico
UV/Vis
nivel rotacional
Microondas
Nivel vibracional
IR
Espectro ContínuoEspectro Contínuo: : Muestra la mayor Muestra la mayor absorción en un rango de longitudes de ondaabsorción en un rango de longitudes de onda
Absorción por campo magnéticoAbsorción por campo magnético
Se produce cuando electrones o núcleos de ciertos elementos se someten a intensos campos magnéticos
Los núcleos utilizan ondas de radio de 30 a 500 MHz
Los electrones absorben microondas de 9500 MHz
Las técnicas que estudian la absorción por campos magnéticos son la RMN y RSE
EMISIÓN DE LA RADIACIÓNEMISIÓN DE LA RADIACIÓN Fenómeno que ocurre cuando las
partículas excitadas se relajan a niveles de menor energía, cediendo dicha energía en forma de fotones.
La excitación puede producirse por:Bombardeo de electrones (emitiéndose rayos X)Exposición a chispas de corriente alterna o al calor de una llama, arco u horno (emitiéndose radiación UV, vis o IR)Irradiación con un haz de radiación electromagnética (emitiéndose radiación fluorescente)Reacción química exotérmica (que produce quimioluminiscencia)
Espectro de emisiónEspectro de emisión
Cuando una muestra "devuelve" en forma de líneas discretas las ondas absorbidas forma un espectro de líneas bien
definidas, discretas y separadas entre sí por regiones negras.
El Sodio, en una placa fotográfica "negra" emite luz de color amarillo (=589nm)
La sal de Potasio K, emíte dos líneas espectrales, rojo y azul.
Espectro de líneasEspectro de líneas
Procesos de RelajaciónProcesos de RelajaciónEl tiempo de vida media de un átomo o molécula excitada por absorción de radiación
es breve debido a que experimenta varios procesos de relajación para llegar al estado fundamental.
– Relajación No Radiactiva: Supone perdida de energía en forma de energía cinética por colisiones en una serie de pasos pequeños.
Aumento ligero de temperatura.
– Relajación Fluorescente o Fosforescente Son importantes procesos de emisión donde
las partículas excitadas por la absorción de radiación electromagnética vuelven asu estado fundamental emitiendo radiación.
- Fluorescencia de resonancia
Proceso en el que la radiación emitida tiene la misma frecuencia que la radiación empleada para la excitación
Se produce en átomos en estado gaseoso
TAREATAREA ¿Que es dispersión de la radiación /Indique los
diferentes tipos de dispersión y sus características, ejemplifique cada una?
¿Que elementos presentan color en la región visible, indique la longitud de onda para cada uno?
Defina y ejemplifique: Difracción, Polarización, Reflexión, Refracción.
¿Qué es teoría del color y sus aplicaciones?
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