Espectroscopia

Lección 14 Química Física (Curso 2010-11)

LECCIÓN 14: INTRODUCCIÓN A LA ESPECTROSCOPÍA MOLECULAR
Objetivos de la lección.
La radiación electromagnética y su interacción con la materia. Regiones del espectro y tipos de
espectroscopías. Absorción y emisión de radiación. La ley de Lambert-Beer y anchura de banda espectral.
Espectroscopía de rotación. Espectroscopía de vibración. Espectroscopíaelectrónica. Espectroscopía
fotoelectrónica (UPS). Otros tipos de espectroscopía.
Cuestiones

OBJETIVOS DE LA LECCIÓN.
En la presente lección se pretende analizar los principales métodos espectroscópicos,
relacionándolos con la estructura molecular estudiada en lecciones anteriores. Así, en primer lugar, se
describen algunas propiedades de la radiación electromagnética y se definen los diferentescoeficientes de
absorción y emisión de radiación, así como la ley de Lambert-Beer.
A continuación se describen las principales características de las espectroscopias de rotación,
vibración y electrónica, y dentro de esta última se analizan las espectroscopias de fluorescencia y
fosforescencia. Por último se discuten algunos aspectos relacionados con el empleo de láseres en
espectroscopia.

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LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y SU INTERACCIÓN CON LA MATERIA.
La radiación electromagnética está compuesta de una serie de partículas denominadas fotones. Estas
partículas viajan a la velocidad de la luz, c = 2.998  108m/s, y poseen una energía igual a h , donde h es la
constante de Planck, y  es la frecuencia de oscilación de los campos eléctricos ymagnéticos asociados a
dicho fotón, que oscilan transversalmente a la dirección de propagación de la onda. Los campos eléctricos y
magnéticos de la radiación, sobre todo el eléctrico que es el más intenso, interaccionan con la materia,
debido al carácter eléctrico que esta posee. Los principales fenómenos, aunque no los únicos, originados por
la interacción luz-materia, son (ver Figura 1):

ID-Reflexión: En un sólido especular, I 0  I R .

I0

-Dispersión
-Transmisión: Con ángulos de incidencia diferentes de 90º, la

IT

IR

Figura 1

radiación transmitida es además refractada.

-Absorción: Esta componente puede ser estimada por diferencia: I A  I 0  I R  I D  IT
Por espectroscopía se entiende todos los fenómenos de absorción y emisión de radiación por parte de
la materia. En la medida deIA, se basan las espectroscopías de absorción (microondas, IR y electrónica),
aunque existen otras técnicas que se basan en las medidas de ID (Rayos X), o de IR.
Existe otro conjunto de espectroscopías denominadas de emission, en las que las moléculas son
previamente excitadas, analizándose a continuación la radiación que estas emiten al retornar a su estado
fundamental. Las moléculas pueden serexcitadas de diferentes formas:
-Por una reacción química (quimiluminiscencia)
-Por absorción de radiación (fluorescencia y fosforescencia).
- Mediante el paso de una corriente eléctrica (descarga voltaica en un medio enrarecido).
-Aplicación de campos magnéticos (técnicas de resonancia).

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REGIONES DEL ESPECTRO Y TIPOS DE ESPECTROSCOPÍAS.
En la Figura2 se muestra las diferentes regiones del espectro en función de su energía. La ecuación
de Planck puede expresarse en función de la longitud de onda de la radiación,   c /  , o del número de
ondas   1/  . Por lo tanto, la radiación electromagnética puede caracterizarse por su frecuencia,  , por su

longitud de onda,  , o su número de ondas,  . A medida que  es menor, la energía esmayor, mientras que

 y  , son proporcionales a la energía.
En la región UV y visible, es común caracterizar el espectro mediante la longitud de onda en
nanometros (1nm=10-9m). El visible abarca desde 700 a 400 nm.

Rayos
Rayos
Cósmicos gamma
1 fm

Longitud
de onda (m)
Frecuencia (Hz)

10- 15
1023

10- 13

1022

1021

10- 12
1020

(1 Zetta -Hz)

1A

1 nm

10- 10

10- 11
1019

1018

10- 9
1017

1...