TEMA 6

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TEMA 6. Fundamentos de espectroscopia

6.1. Introducción. La radiación electromagnética
6.2. Espectroscopia y estructura molecular: tipos de espectros
6.3. Interacción radiación-materia: aproximación semiclásica
6.4. La señal espectroscópica: posición, intensidad y anchura
6.5. Medida de la intensidad de una señal espectroscópica: Ley de Lambert-Beer

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Química Física II, Grupo A,2012-13

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6.1. Introducción. La radiación electromagnética
La definición más elemental de la espectroscopia es aquella que establece que:
La espectroscopia estudia la absorción y emisión de radiación electromagnética
(luz) por la materia (átomos o moléculas).
Esta definición nos habla de fenómenos con los que estamos familiarizados como
son la absorción de luz (observamos los objetos del colorcomplementario a la luz
que absorben) y la emisión de luz (cuando calentamos una barra de hierro, esta
emite luz de color rojo). Sin embargo, esta definición no incluye algunos fenómenos
como la dispersión de la luz por la materia y la rotación del plano de polarización de
la luz polarizada por sustancias ópticamente activas. De este modo, una definición
más general es:
La

espectroscopia

estudiatodas

las

interacciones

de

la

radiación

electromagnética con la materia.
Desde un punto de vista experimental, la espectroscopia es la herramienta más
poderosa para investigar los fenómenos microscópicos que implican a las moléculas.
La espectroscopia permite determinar estructuras moleculares (conformaciones,
distancias y ángulos de enlace), frecuencias moleculares de vibración (constantes
defuerza de enlace), energías de enlace, momentos dipolares, etc. Sus aplicaciones
abarcan todos los campos de la ciencia desde la astronomía (determinación de
especies interestelares y de la temperatura de las estrellas) a la medicina
(resonancia magnética).
• Química Orgánica e Inorgánica: determinación y caracterización estructural
(espectroscopias de RMN, RSE, IR, UV-Vis, etc.).
• Métodosanalíticos: análisis (composición) cuantitativo de la muestra.
• Métodos cinéticos: variación de la concentración de especies reactivas en función
del tiempo, determinación de intermedios de reacción.
• Bioquímica: estudio de la estructura y dinámica de moléculas biológicas.
Actualmente se dispone de un gran número de técnicas espectroscópicas
siendo las más conocidas las de microondas (MW), infrarrojo(IR), Raman,
electrónica (UV-Vis) y resonancia (RMN y RSE).

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La espectroscopia es, por tanto, una materia multidisciplinar que requiere de
conocimientos básicos de física y de matemáticas para entender las técnicas y la
información que de ellas se puede obtener. El objetivo de la Química Física en este
campo es entender los fundamentos mecanocuánticosde la espectroscopia que
conducen a las relaciones que permiten obtener información sobre la estructura
atómica y molecular.

6.1.1. La radiación electromagnética (r.e.m.)
En 1801, Thomas Young demostró la naturaleza ondulatoria de la luz. Observó
la interferencia de la luz cuando un haz
luminoso es difractado por dos agujeros del
tamaño de una cabeza de alfiler. Difracción:
las ondas se curvan yse espacian al
encontrar un obstáculo o al atravesar una
rendija. En la figura adjunta las ondas
incidentes

se

difractan

e

interfieren

constructiva o destructivamente dependiendo
del punto del espacio.
Ya que toda onda implica la oscilación
de una magnitud en el espacio y en el tiempo, la pregunta a plantearse es ¿qué
magnitud física oscila en una onda luminosa?
En los años 1860-70 Maxwellsistematiza las leyes de la electricidad y el
magnetismo y propone que la luz es una onda electromagnética.
Las ecuaciones de Maxwell muestran que las ondas electromagnéticas constan
r
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de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, siendo los vectores E y B
perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección en que viaja la onda. La
figura siguiente muestra una onda electromagnética...