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catedras: fisica facultad de farmacia y bioquimica (uba)
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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