Espectroscopia L

IntroducciónIntroducción

Espectroscopia

Es una importante herramienta utilizada para investigar la estructura de las moléculas.

Estudia las transiciones que se producen entre los estados cuánticos de un sistema material inducidas por la radiación electromagnética

Radiación electromagnéticaRadiación electromagnética

¿Cómo está compuesta?¿Cómo está compuesta?

¿Cómo se propaga?¿Cómo se propaga?

¿Cuáles son sus propiedades?¿Cuáles son sus propiedades?

Magnetismo y ElectricidadMagnetismo y Electricidad En 1820 En 1820 CrhistianCrhistian

Oersted Oersted descubre que la descubre que la corriente eléctrica produce corriente eléctrica produce magnetismomagnetismo

Hans CrhistianHans CrhistianOerstedOersted

(1777-1851)(1777-1851)

1820

En 1831 En 1831 Michael FaradayMichael Faraday produce electricidad a partir de produce electricidad a partir de magnetismomagnetismo

Magnetismo y ElectricidadMagnetismo y ElectricidadMagnetismo y ElectricidadMagnetismo y Electricidad

1831

Ondas ElectromagnéticasOndas Electromagnéticas

En 1865 En 1865 James Clerk James Clerk MaxwellMaxwell descubre la conexión descubre la conexión entre los dos fenómenosentre los dos fenómenos

Formula la teoría de las Ondas Formula la teoría de las Ondas ElectromagnéticasElectromagnéticas

La luz es una de ellasLa luz es una de ellas

1865

VELOCIDAD

Longitud de onda

ONDAS

DE MATERIAELECTRO-

MAGNÉTICASMECÁNICASELÁSTICAS

FRECUENCIA

http://www.maloka.org/f2000/waves_particles/wavpart4.html

El campo eléctrico y el magnético vibran en faseEl campo eléctrico y el magnético vibran en fase Son perpendiculares entre sí y con la dirección de Son perpendiculares entre sí y con la dirección de

propagaciónpropagación

Onda electromagnéticaOnda electromagnética

Onda electromagnéticaOnda electromagnética Longitud de onda (λ): Distancia entre dos puntos sucesivos en Longitud de onda (λ): Distancia entre dos puntos sucesivos en

igual fase de vibraciónigual fase de vibración Frecuencia (ν): Número de ondas por unidad de tiempoFrecuencia (ν): Número de ondas por unidad de tiempo

c = λ .

c = 300.000 Km/s

Frecuencia de una onda EMFrecuencia de una onda EM

Energía de una Onda EMEnergía de una Onda EM

En 1900 descubre la relación En 1900 descubre la relación entre energía y frecuenciaentre energía y frecuencia

(teoría del cuanto)(teoría del cuanto)

1900

Einstein postulaba que la luz no llega de una manera continua, sino que está compuesta por pequeños paquetes de energía, a los que llamó “cuantos”.

Por medio de la hipótesis cuántica, formulada por M. Planck cinco años antes, Einstein logró dar una explicación al fenómeno según el cual la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz incidente

Albert Einstein

(1879-1955)

Explicación del fenómeno fotoeléctrico

1905

Si la energía del fotón h es muy pequeña, ningún electrón se libera y no hay señal de corriente

en el instrumento.

Si los fotones tienen energías mayores que

las requeridas para "sacar" electrones de la superficie, este "exceso"

se transforma en "energía cinética y hay

corriente

Cuando la luz llega a la superficie del metal la energía no se reparte

equitativamente entre los átomos, la energía es absorbida y emitida en

forma discontinua, ella se transmite e impacta de manera también

discontinua o discreta: en paquetes o cuantos (fotones)

Espectro de radiación electromagnéticaEspectro de radiación electromagnética

EspectroscopíaEspectroscopía

Esquema de la ClaseEsquema de la ClaseEspectroscopiasEspectroscopias

Descomposición de la luzDescomposición de la luz

Espectros atómicosEspectros atómicos

AplicacionesAplicaciones

Fotometría de llamaFotometría de llama

Absorción atómicaAbsorción atómica

EspectrofotometríaEspectrofotometría

Ley de Lambert-BeerLey de Lambert-Beer

Fluorescencia y FosforescenciaFluorescencia y Fosforescencia

Formación de ColoresFormación de Colores

La Luz del SolLa Luz del Sol

Descomposición de la LuzDescomposición de la Luz

En 1666 Isaac Newton En 1666 Isaac Newton descompone la luz descompone la luz utilizando un prismautilizando un prisma

Isaac NewtonIsaac Newton(1642-1727)(1642-1727)

1666

El espectroscopio básicoEl espectroscopio básico Implementado en 1814 por el óptico alemán Implementado en 1814 por el óptico alemán

Joseph von FraunhoferJoseph von Fraunhofer

1666 1814

Espectro de Luz SolarEspectro de Luz Solar

¿Qué encontró Joseph von Fraunhofer al ¿Qué encontró Joseph von Fraunhofer al hacer un espectro de la luz solar con mayor hacer un espectro de la luz solar con mayor resolución?resolución?

Espectro de Luz SolarEspectro de Luz Solar

Aparecen líneas negrasDescubrió 324 de las 500 existentes

Aparecen líneas negrasDescubrió 324 de las 500 existentes

Espectro de Luz SolarEspectro de Luz Solar

Espectro de Luz blancaEspectro de Luz blanca

Se sabia que:Se sabia que:

luzluz

Material a alta Material a alta temperaturatemperatura

Átomos en la LlamaÁtomos en la LlamaÁtomos en la LlamaÁtomos en la Llama

LlamaLlamaSodioSodioLitioLitioCobreCobreCobaltoCobaltoCalcioCalcio

EspectroscopioEspectroscopio

En 1860 Bunsen (químico) y Kirchhoff (óptico) crean En 1860 Bunsen (químico) y Kirchhoff (óptico) crean un espectroscopio para analizar compuestos un espectroscopio para analizar compuestos químicos en las llamas del mecheroquímicos en las llamas del mechero

En 1860 Bunsen (químico) y Kirchhoff (óptico) crean En 1860 Bunsen (químico) y Kirchhoff (óptico) crean un espectroscopio para analizar compuestos un espectroscopio para analizar compuestos químicos en las llamas del mecheroquímicos en las llamas del mechero

186018601860

Espectros de EmisiónEspectros de Emisión

EspectrosEspectrosContinuosContinuos(Luz natural)(Luz natural)

EspectrosEspectrosDiscontinuos oDiscontinuos ode Líneasde Líneas(Emisión Atómica)(Emisión Atómica)

Átomos en la llama

Luz blanca

ESPECTROS DE EMISIÓN

-calentar el gas a alta temperatura

-colocar en una llama los vapores de una sustancia

- producir una descarga eléctrica en el interior de un gas

- provocar la circulación de una corriente eléctrica en el interior de un gas a baja presión

¿Hay absorción de enrgía?

E

ESPECTROS DE ABSORCIÓN

-Interponer la sustancia entrela fuente de luz y el detector

¿Hay emisión de la energía absorbida?

Espectroscopía AstronómicaEspectroscopía Astronómica

Fuente continua

Fuente continua

Se puede establecer la composición química de Se puede establecer la composición química de los astros analizando sus : los astros analizando sus : Espectros de Espectros de absorciónabsorción

1814

1666

1860

190519001865

18311820

Modelos Atómicos

1913 Bohr

1911 Rutherford

1926 Schrödinger

INTERACCIÓN

Materia

Radiación electromagnética

Absorción Emisión

Espectro

INFORMACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA

La ecuación de RydbergLa ecuación de Rydberg

Johannes Robert Rydberg deduce una Johannes Robert Rydberg deduce una fórmula empírica fórmula empírica

Esta ecuación fue vista por Bohr...Esta ecuación fue vista por Bohr...

22

111

fi

Hnn

R

Modelo Atómico de RutherfordModelo Atómico de RutherfordLos átomos eran como sistemas solares en miniatura. El centro, o núcleo contenía la mayor parte de la masa del sistema –99,98 por ciento de ella– y llevaba una gran carga; los electrones, orbitaban

corno planetas a una distancia de unos 10.000 diámetros nucleares (su

movimiento debería de estar en espiral hasta caer al núcleo).

(1871-11937)

Modelo Atómico de BohrModelo Atómico de Bohr

En 1913 crea el modelo del En 1913 crea el modelo del átomo basado en el de su átomo basado en el de su maestro Rutherfordmaestro Rutherford

Modelo Atómico de BohrModelo Atómico de Bohr

Postulados:Postulados: Los electrones giran alrededor del núcleo sin emitir energía Los electrones giran alrededor del núcleo sin emitir energía

en “estados estacionarios” (no resuelve el colapso)en “estados estacionarios” (no resuelve el colapso)

Bohr introduce en su modelo los conceptos cuánticos Bohr introduce en su modelo los conceptos cuánticos ideados por Max Planck en 1900ideados por Max Planck en 1900

hEEE if

La energía solo podría cambiar en pequeños saltos. Por lo tanto la radiación emitida es igual a:

La energía solo podría cambiar en pequeños saltos. Por lo tanto la radiación emitida es igual a:

hE

http://www.maloka.org/f2000/quantumzone/debroglie.html

El modelo de SchrödingerEl modelo de Schrödinger

No se puede establecer la posición de un No se puede establecer la posición de un electrón, existen “Orbitales” (1913)electrón, existen “Orbitales” (1913)

Erwin SchrödingerErwin Schrödinger(1887–1961) (1887–1961)

http://www.maloka.org/f2000/quantumzone/schroedinger.html

“ONDAONDA”CUANTOSCUANTOS

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

““LUZ”LUZ”

“ONDAONDA”

VELOCIDAD

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

REFLEXION

REFRACCIÓN INTERFERENCIA

POLARIZACIÓN

MATERIA

DISPERSIÓNDIFRACCIÓN

VELOCIDAD

MATERIA

CUANTOCUANTO

ESPECTROS

NIVELES DE ENERGÍA

EMISIÓN ABSORCIÓN

EQUIPOSDE

DETECCIÓN

ESPECTROS

NIVELES DE ENERGÍA

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

REFRACTÓMETRO

INSTRUMENTALINSTRUMENTAL

RMN

EPR

ABSORCIÓN ATÓMICA

ESPECTROFOTÓMETRODIFRACCIÓNDE RAYOS X

ESPECTROSCOPIO

FOTÓMETRODE LLAMA

POLARÍMETRO

Interacción de la radiación con la Interacción de la radiación con la materiamateria

Dependiendo de la cantidad de energía involucrada esta puede producir cambios en el estado:

-Electrónico

-Vibracional

- Rotacional

Transiciones Transiciones vibracionalesvibracionales

Modos de vibración de moléculas triatómicas

Espectro IR del 1-propanol

Transiciones rotacionales

Transiciones electrónicas

Absorción y emisión de radiaciónAbsorción y emisión de radiación

Espectro solarEspectro solar

HidrógenoHidrógeno

HelioHelio

MercurioMercurio

UranioUranio

Espectros del HidrógenoEspectros del Hidrógeno

Emisión

Absorción

Espectrofotometría de emisiónEspectrofotometría de emisión

Uso de la Emisión AtómicaUso de la Emisión Atómica

Identificación de elementosIdentificación de elementos (espectros) (espectros) Cálculos de concentraciónCálculos de concentración

La intensidad de las líneas de emisión La intensidad de las líneas de emisión es proporcional a la concentraciónes proporcional a la concentración

AkI

AI

e

e

Fotometría de LlamaFotometría de Llama

SoluciónSoluciónMuestraMuestra

CombustibleCombustible

Emisión de LuzEmisión de LuzDetectorDetector

Lectura de Lectura de intensidadintensidad

ComburenteComburente

II

Excitación Excitación AtomizaciónAtomización

FiltroFiltro

589 nm Sodio589 nm Sodio766 nm Potasio766 nm Potasio

NebulizaciónNebulización EvaporaciónEvaporación del solventedel solvente

DisociaciónDisociaciónAtomizaciónAtomización

DesexcitaciónDesexcitaciónEmisiónEmisión

ExcitaciónExcitación

Catión en SoluciónCatión en Solución

Equipo de Fotometría de LlamaEquipo de Fotometría de Llama

Espectrofotometría de absorciónEspectrofotometría de absorción

Espectrofotómetro clásicoEspectrofotómetro clásico

I

Io

Ley de Lambert-BeerLey de Lambert-Beer

Concentration

I

Io

Ley de Lambert-BeerLey de Lambert-Beer

cbaI

IT

0

loglog

A = a l c

cbaT log

Ley de Lambert-BeerLey de Lambert-Beer

Si no hay absorciónSi no hay absorción::

Si hay absorción total:Si hay absorción total:

0

logI

IA t

010 ATIIt

ATIt 00

I

Io

Espectrofotometría de absorciónEspectrofotometría de absorción Barrido espectral Barrido espectral Identificación Identificación Determinación de concentracionesDeterminación de concentraciones * Barrido* Barrido * Selección del * Selección del óptimo óptimo

A

Ley de Lambert-BeerLey de Lambert-Beer

A = a l c

La longitud de onda absorbida es distinta La longitud de onda absorbida es distinta de la emitidade la emitida

Fluorescencia y FosforescenciaFluorescencia y FosforescenciaFluorescencia y FosforescenciaFluorescencia y Fosforescencia

Fluorescencia y FosforescenciaFluorescencia y Fosforescencia

El color de las cosasEl color de las cosas

Depende de:Depende de: La composición fisicoquímica del objetoLa composición fisicoquímica del objeto La composición de la luz incidente sobre el La composición de la luz incidente sobre el

objetoobjeto

El fenómeno será distinto para:El fenómeno será distinto para: Cuerpos opacosCuerpos opacos Cuerpos transparentesCuerpos transparentes

Método aditivo de producción de Método aditivo de producción de colorescolores

Fenómeno Fenómeno generado generado por las lucespor las luces

Método sustractivo de Método sustractivo de producción de coloresproducción de colores

Pigmentos primarios:

Absorción sustractiva

Conos de la retina: respuestas generales Conos de la retina: respuestas generales a la radiación visible a la radiación visible (sensibilidad al color)(sensibilidad al color)

Muchas gracias