21: Espectros y Estructura de Átomos y Moléculas
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En los siguientes apartados vamos a estudiar la manera en que la materia puede absorber energía y emitirla en forma de radiación electromagnética como la luz. El patrón en el que la materia absorbe o emite radiación se llama su espectro. En el pasado, y aún hasta el día de hoy, los estudios del espectro de una sustancia han aportado importantes pistas sobre la estructura de la materia. Al mismo tiempo, el espectro de una sustancia suele ser una forma muy útil de caracterizar y de ahí identificar y analizar esa sustancia.
- 21.1: Preludio a la Espectroscopia
- La absorción de una cantidad apropiada de energía puede elevar el átomo de hidrógeno de un nivel de energía menor a uno superior, mientras que la emisión de radiación electromagnética corresponde a un cambio de un nivel de energía superior a uno más bajo. Aunque la teoría de Bohr es cuantitativamente precisa solo para el hidrógeno, su idea de los niveles de energía es útil para todos los demás átomos e incluso para las moléculas.
- 21.4: Teoría de Bohr del Átomo
- En un artículo clásico publicado en 1913, el joven Niels Bohr, entonces trabajando con Rutherford en Manchester, Inglaterra, procedió a mostrar cómo la fórmula de Rydberg podría explicarse en términos de un modelo muy simple del átomo de hidrógeno. El modelo se basaba en la visión nuclear de la estructura atómica que acababa de ser propuesta por Rutherford.
- 21.5: El Espectro de Moléculas- Infrarrojos
- Cuando pasamos de los espectros de átomos a los de las moléculas, encontramos que la región de mayor interés para los químicos ya no es la visible y ultravioleta sino la infrarroja. Como su nombre lo indica, el infrarrojo se extiende más allá del extremo rojo del espectro visible, desde el límite de visibilidad a aproximadamente 0.8 μm (800 nm) hasta aproximadamente 100 μm donde comienza la región de microondas.
- 21.6: Los espectros visibles y ultravioleta de moléculas- orbitales moleculares
- Cuando las moléculas absorben o emiten radiación en las regiones ultravioleta y visible del espectro, esto casi siempre corresponde a la transición de un electrón de una órbita de baja energía a una orbital de alta energía, o viceversa.
- 21.7: Orbitales Moleculares
- Para explicar tanto el estado fundamental como el estado excitado involucrados en una banda de absorción en los espectros ultravioleta y visible de las moléculas, es necesario observar la estructura electrónica de las moléculas en términos algo diferentes. Necesitamos considerar los electrones de una molécula como orbitales ocupantes que pertenecen a la molécula en su conjunto. Dichos orbitales se denominan orbitales moleculares, y esta forma de observar las moléculas se conoce como teoría molecular-orbital (MO abreviada).
- 21.9: Sistemas Conjugados
- En algunas moléculas la deslocalización de los pares de electrones puede ser mucho más extensa que en el ozono y el benceno. Esto es particularmente cierto para los compuestos de carbono que contienen cadenas conjugadas.