Espectroscopia electrónica
La espectroscopia electrónica mide las transiciones de electrones entre orbitales moleculares, principalmente en el ultravioleta y el visible, lo que explica el color, la fotoquímica y los ricos fenómenos de fluorescencia y fosforescencia.
Definition
La espectroscopia electrónica es el estudio de las transiciones entre los niveles de energía electrónica de las moléculas mediante la absorción o emisión de radiación ultravioleta, visible y relacionada, abarcando los espectros de absorción, la luminiscencia y los espectros de fotoelectrones.
Scope
Este tema abarca las transiciones entre estados electrónicos de moléculas: la absorción ultravioleta-visible que surge cuando los electrones son promovidos entre orbitales, el principio de Franck-Condon que rige la estructura vibracional acompañante, y la ley de Beer-Lambert que relaciona la absorbancia con la concentración. Incluye cromóforos y conjugación, los estados singlete y triplete que subyacen a la fluorescencia, la fosforescencia y el cruce de sistemas (intersystem crossing) como se resume en el diagrama de Jablonski, y la espectroscopia de fotoelectrones. Los métodos resueltos en el tiempo y láser que siguen la dinámica del estado excitado se tratan en un tema relacionado.
Core questions
- ¿Cómo producen las transiciones electrónicas entre orbitales moleculares espectros ultravioleta-visibles?
- ¿Cómo explica el principio de Franck-Condon la estructura vibracional de las bandas electrónicas?
- ¿Cómo relaciona la ley de Beer-Lambert la absorbancia con la concentración?
- ¿Cómo surgen la fluorescencia, la fosforescencia y el cruce de sistemas a partir de estados excitados?
Key concepts
- Transiciones electrónicas y cromóforos
- Principio de Franck-Condon
- Ley de Beer-Lambert
- Estados excitados singlete y triplete
- Fluorescencia, fosforescencia y el diagrama de Jablonski
Key theories
- Principio de Franck-Condon
- Las transiciones electrónicas son tan rápidas que los núcleos están efectivamente estacionarios durante ellas, por lo que las bandas vibrónicas más intensas son aquellas cuyas funciones de onda vibracionales se superponen mejor entre los estados electrónicos fundamental y excitado.
- Vías de decaimiento del estado excitado
- Una molécula excitada puede relajarse emitiendo un fotón como fluorescencia desde un estado singlete o fosforescencia desde un estado triplete alcanzado por cruce de sistemas; el cambio de espín hace que la fosforescencia sea prohibida y, por lo tanto, de larga duración.
Clinical relevance
La espectroscopia electrónica sustenta el análisis cuantitativo ultravioleta-visible a través de la ley de Beer-Lambert, el diseño de tintes, pigmentos y materiales fotovoltaicos y emisores de luz, los ensayos basados en fluorescencia y la microscopía en las ciencias de la vida, y la comprensión de la visión y la fotoquímica.
History
El principio de Franck-Condon, formulado por Franck en 1926 y al que Condon dio forma cuántica, explicó los patrones de intensidad de los espectros de banda electrónica; el diagrama de Jablonski de la década de 1930 sobre los procesos de estado excitado sistematizó la luminiscencia, y los métodos modernos de fotoelectrones y láser extendieron el campo a la ionización y la dinámica ultrarrápida.
Key figures
- James Franck
- Edward Condon
- Aleksander Jablonski
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Seminal works
- atkins2018
- hollas2004
Frequently asked questions
- ¿Por qué algunas sustancias tienen color?
- Una sustancia aparece coloreada cuando sus transiciones electrónicas absorben luz en el rango visible, a menudo debido a una conjugación extendida o transiciones de orbitales d metálicos que reducen la brecha de energía; el color observado es complementario a las longitudes de onda absorbidas.
- ¿Cuál es la diferencia entre fluorescencia y fosforescencia?
- La fluorescencia es una emisión rápida desde un estado singlete excitado con el mismo espín que el estado fundamental, mientras que la fosforescencia es una emisión más lenta desde un estado triplete alcanzado por cruce de sistemas; el cambio de espín hace que la fosforescencia sea prohibida y, por lo tanto, de larga duración.