2: Espectroscopia- cómo sabemos lo que sabemos sobre la estructura de la materia
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La espectroscopia es el estudio de cómo interactúan la energía (particularmente la radiación electromagnética) y la materia. Al analizar estas interacciones, podemos inferir una gran cantidad de evidencia sobre la estructura de la materia. En química orgánica, la espectroscopia nos permite determinar la estructura de productos y reactivos (y en algunos casos también podemos obtener información sobre intermedios de reacciones). Mediante el uso de espectroscopía de diferentes tipos, podemos recopilar evidencia sobre las velocidades de reacción y a partir de esta información podemos inferir mecanismos de reacciones. En este capítulo, revisaremos brevemente los antecedentes que (probablemente) aprendiste en química general, y luego pasaremos a los diversos tipos de espectroscopía y discutiremos lo que cada tipo puede y no puede decirnos sobre la estructura de los compuestos orgánicos.
De sus estudios anteriores, recordarán que a nivel atómico/molecular, se cuantifican las energías de los átomos y las moléculas: es decir, hay estados energéticos discretos, separados sin nada intermedio. Esto se aplica no sólo a las energías de los electrones, sino también a las energías de vibración de enlaces y rotación alrededor de los enlaces. También se cuantifican las energías nucleares. Es posible cambiar de un estado energético a otro absorbiendo o emitiendo una cantidad de energía electromagnética (un fotón) que corresponde a la diferencia de energía entre los dos estados. Los fotones con la energía que no corresponde a diferencias entre dos estados energéticos no son absorbidos ni emitidos, lo que significa que podemos utilizar las energías de los fotones absorbidos o emitidos para hablarnos de las diferencias energéticas entre estados cuánticos en átomos y moléculas. Las diferencias entre estos niveles de energía cuantificados dependen en gran medida de la identidad y el entorno de los átomos y moléculas, y por lo tanto podemos los fotones emitidos para identificar especies particulares. Por ejemplo, en átomos aislados las diferencias de energía entre niveles a menudo corresponden a la energía electromagnética en el ultravioleta o visible. Esto da como resultado los espectros de absorción atómica o emisión que nos permiten determinar qué elementos están presentes en (por ejemplo) las estrellas, y el espacio interestelar.