Espectroscopia Molecular
La espectroscopia molecular estudia cómo las moléculas absorben, emiten y dispersan la radiación electromagnética, revelando su estructura, niveles de energía y dinámica a través del espectro, desde las microondas hasta el ultravioleta.
Definition
La espectroscopia molecular es la medición e interpretación de las longitudes de onda e intensidades a las que las moléculas interactúan con la luz, utilizada para determinar los niveles de energía molecular, las geometrías y las reglas que rigen las transiciones entre estados rotacionales, vibracionales y electrónicos.
Scope
Esta área cubre la espectroscopia de moléculas organizada por el tipo de transición involucrada: espectros rotacionales puros en la región de microondas, espectros vibracionales y de rotación-vibración en el infrarrojo, espectros de banda electrónicos en el visible y ultravioleta gobernados por el principio de Franck–Condon, y dispersión Raman inelástica. Trata las reglas de selección, la estructura de banda y cómo los espectros se invierten para obtener constantes moleculares como longitudes de enlace y constantes de fuerza.
Sub-topics
Core questions
- ¿Qué propiedad molecular debe cambiar para que una transición absorba o emita radiación?
- ¿Cómo ocupan las transiciones rotacionales, vibracionales y electrónicas diferentes regiones espectrales?
- ¿Qué reglas de selección rigen los espectros moleculares y qué revelan las bandas sobre la estructura?
- ¿Cómo complementa la dispersión Raman a la espectroscopia de absorción?
Key concepts
- Reglas de selección de dipolo y polarizabilidad
- Regiones de microondas, infrarrojo y ultravioleta-visible
- Estructura de banda y ramas
- Principio de Franck–Condon
- Dispersión Raman y Rayleigh
- Determinación espectroscópica de constantes moleculares
Key theories
- Espectroscopia de rotación-vibración
- Las transiciones entre niveles rotacionales y vibracionales, permitidas cuando la molécula tiene un momento dipolar cambiante, producen espectros de microondas e infrarrojos cuyas posiciones de línea producen constantes rotacionales, longitudes de enlace y frecuencias vibracionales.
- Espectros electrónicos y el principio de Franck–Condon
- Las transiciones electrónicas producen sistemas de banda en el visible y ultravioleta cuya distribución de intensidad vibracional está gobernada por el principio de Franck–Condon, reflejando la superposición de funciones de onda vibracionales en los dos estados electrónicos.
- Dispersión Raman
- La dispersión inelástica de la luz desplaza la energía del fotón por un cuanto vibracional o rotacional molecular, gobernado por un cambio en la polarizabilidad, dando acceso a transiciones que pueden ser inactivas en la absorción infrarroja ordinaria.
Clinical relevance
La espectroscopia molecular es la herramienta principal del análisis químico y la teledetección: los espectros infrarrojos y Raman identifican compuestos y monitorean reacciones, los espectros de microondas y las bandas ultravioleta-visible identifican especies traza en la atmósfera y en el espacio interestelar, y las técnicas sustentan el control de calidad ambiental y farmacéutico.
History
Los espectros de banda molecular se catalogaron antes de que la mecánica cuántica pudiera explicarlos; la nueva teoría a finales de la década de 1920, junto con el principio de Franck–Condon y el descubrimiento de Raman en 1928 de la dispersión inelástica, transformaron la espectroscopia en una determinación cuantitativa de la estructura molecular. Los compendios de Herzberg a mediados de siglo codificaron el campo, y las fuentes láser transformaron posteriormente su sensibilidad y resolución.
Key figures
- Gerhard Herzberg
- Chandrasekhara Venkata Raman
- James Franck
- Edward Condon
Related topics
Seminal works
- herzberg1950
- atkins2011
- hollas2004
Frequently asked questions
- ¿Por qué diferentes tipos de transición molecular aparecen en diferentes partes del espectro?
- Los espaciamientos de energía rotacional son los más pequeños (microondas), los espaciamientos vibracionales son intermedios (infrarrojo) y los espaciamientos electrónicos son los más grandes (visible y ultravioleta). Cada tipo de transición, por lo tanto, absorbe o emite en una región espectral característica.
- ¿Puede una molécula sin momento dipolar permanente tener un espectro?
- No puede tener un espectro de microondas rotacional puro, pero aún puede ser activa en el infrarrojo si una vibración crea un dipolo cambiante, y las moléculas homonucleares como N₂ siguen siendo activas en Raman porque su polarizabilidad cambia durante la vibración.