PROPIEDADES DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA

1. PROPIEDADES DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA

2. ESPECTRSOCOPIA Estudia la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, con aplicaciones en química, física, astronomía, etc.. El análisis espectral en el cual se basa, permite detectar la absorción o emisión de radiación electromagnética a ciertas longitudes de onda, y relacionar éstas con los niveles de energía implicados en una transición cuántica.

4. Naturaleza onduladoria de la luz • La E se transportaen el espacio, por medio de la radiación electromagnética • todas las formas de energíase mueven en forma de ondasy todas viajan en el vacio a la misma velocidad • (c = 3.0 x 108 m/s) • La luz desde el sol, laenergía ocupada para calentar alimentos en hornos de microondas, el calor radiante de las estufas eléctricas, los rayos X en medicina, etc., son ejemplos de la radiación electromagnética

5. Parámetros ondulatorios longitud de onda lmide la distancia que hay entre dos máximos vecinos(m, cm, nm, pm) frecuencia n : El N° de veces que se repite el máximo de la onda que se propaga en una dirección, "cada 1 segundo" (herts ciclos/segundo) número de onda n: inverso de la longitud de onda (cm –1)

6. 1.Estas tres características de la radiación como onda (l, n,c) se relacionan entre sí de la siguiente manera: • n(1/s) · l(m) = c(m/s) = 3.108(m/s) • n(1/s) · l(m) = c(m/s) = 2,9979·108(m/s) • Ejemplo:La luz amarilla del espectro solar, o bien de una lámpara que contiene gas Sodio, tiene una longitud de onda l= 589 nm. ¿A qué frecuencia n corresponde? • R//. 5,1·1014(1/s , Hz ó ciclos/s) • Ecuación general de la energía:E = h = hc/ h (cte. Planck) = 6.63·10-34 J.s Cuál esla energía que un átomo absorbe de la luz amarilla de l= 589 nm R// E = 3.37·10-19 J

7. Superposición de ondas Cuando dos o mas ondas atraviesan la misma región del espacio, se produce un desplazamiento igual a la suma de los desplazamientos causados por las ondas individuales.

8. Velocidad de propagación • La frecuencia de la radiación lo determina la fuente y • permanece invariable. • – La velocidad de la radiación y su longitud de onda dependen de la composición del medio que atraviesa. En cualquier medio, la propagación de la radiación disminuye Debido a la interacción entre el campo electromagnético de la radiación y los electrones de los átomos y moléculas presentes

9. INDICE DE REFRACCION El grado de flexión o refracción que hay en la interface entre dos materiales de distintas densidades es bastante predecible, y depende del índice de refracción de cada material. El índice de refracción mide la interacción de la radiación con la materia La relación de la velocidad de propagación de la luz en el vacio entre la velocidad de propagación de la luz en determinado material

10. Formas de Energía • Las distintas radiaciones afectan a la materia en mayor o menor grado, dependiendo de su energía. • Ej. La exposición del cuerpo humano a la radiación IR, puede causar quemaduras por calor o enrojecimientos de la piel. • La radiación UV/VIS, produce un color café o bronceado por el sol, dependiendo del tiempo de exposición. • Los rayos X produce daño profundo en los • tejidos y posible cáncer de la piel o interno.

11. Espectro electromagnético Presenta las diferentes formas de energía con sus longitudes de onda y frecuencia características

13. Espctroscopía UV: cromóforos Espectroscopía IR: grupos funcionales rayos rayos x UV VIS IR m-ondas radio 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 longitud de onda (cm) La espectrometría de masa es una técnica diferente ya que por lo general no involucra interacción de la materia con energía electromagnética. Espectroscopía RMN: átomos individuales y su entorno

14. Radiación Visible Ondas luminosas capaces de estimular el ojo humano; los demás rayos no pueden ser percibidos por la visión humana. Estos rayos visibles toman colores definidos, su descomposición se realiza con la ayuda de cuerpos cristalinos.

15. Colores absorbidos y reflejados

16. Longitud de onda y el color Violeta:400-420 nm Indigo: 420-440 nm Azul:440 -490 nm Verde:490-570 nm Amarillo: 570-585 nm Naranja:585-620 nm Rojo:620-780 nm

17. Los colores vienen determinados por la frecuencia de la onda electromagnética, siendo la luz "blanca" una mezcla de todas las frecuencias. La luz blanca que llega al prisma se refracta y emerge formando una serie de bandas de colores diferentes. Este fenómeno se denomina dispersión o descomposición de la luz.

18. Los colores que observamos son los reflejados Absorción total: se ve negro Reflexión total: se ve blanco Colores complementarios: Absorción a 420-430 nm: se ve amarillo Absorción a 500-520 nm: se ve rojo

19. Formas de interacción de la radiación con la materia

20. Efecto fotoelectrico cuando la luz incide sobre una superficie metálica, la superficie emite electrones. El resultado de esto es que existe una mínima frecuencia de luz bajo la cual ningún e- abandona la superficie iluminada. Solo cuando fotones de radiación de suficiente energía hv chocan la superficie metálica Si la energía del fotón hn es muy pequeña, ningún electrón se libera Ecin.=1/2me(vele)2 =hn - Eenlace

21. La luz como partícula La luz se comporta como una partícula golpeando electrones fuera del átomo A esta partícula elemental se le llama fotón. El fotón se entiende como un paquete de energía electromagnética o luz. Éste fue propuesto por Albert Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico. La energía para cierta longitud de onda se pude expresar J / fotón o cuanto

22. Absorción y emisión de luz Planck (1901) planteó que existían niveles de energía muy definidos dentro del átomo, que el proceso de absorción de la energía involucraba a los electrones externos al núcleo y que alguno de ellos eran transportados a niveles superiores debido a la excitación por la luz (Proceso de Absorción de luz) y que al regresar a su estado fundamental, devolvía esa misma energía en forma luminosa (Proceso de Emisión de luz)

23. Absorción de la Radiación • Incrementa la energía de un átomo o molécula • La absorción de un fotón promueve a un átomo o molécula de su estado basal o un nivel excitado • La absoción de luz UV/Vis promueve a los electrones externos a otro de mayor energía • 1s2 + h 1s12s1

24. H Cl + h H Cl H2O H2O + h Absorción de la Radiación • Cuando el HCl absorbe radiación IR aumenta su energía vibracional • Cuando el H2O absorbe radiación de microondas aumenta su energía rotacional e

25. Absorción Atómica • Los átomos absorben radiación a longitudes de onda definidas • Producen espectros simples (pocos picos, bien definidios) • Los electrones externos del átomo se promueven a mayores niveles de nergía (niveles excitados)

26. Absorción molecular • Espectro es más complejo • La E asociada a las bandas de una molécula se forma por: Etot = Eelectrónica + Evibracional + E rotacional • La Eelectrónica proviene de los distintos estados energéticos de los distintos electrones enlazantes • La E vibracional proviene del elevado número de vibraciones interatómicas de las moléculas • La E rotacional se produce por los distintos movimientos de rotación de las molécula (muchos)

27. nivel rotacional Microondas E N E R G Y Nivel vibracional IR Nivel electronico UV/Vis Absorcion – Niveles de Energia

28. Espectro Contínuo: Muestra la mayor absorción en un rango de longitudes de onda

29. Absorción por campo magnético • Se produce cuando electrones o núcleos de ciertos elementos se someten a intensos campos magnéticos • Los núcleos utilizan ondas de radio de 30 a 500 MHz • Los electrones absorben microondas de 9500 MHz • Las técnicas que estudian la absorción por campos magnéticos son la RMN y RSE

30. EMISIÓN DE LA RADIACIÓN • Fenómeno que ocurre cuando las partículas excitadas se relajan a niveles de menor energía, cediendo dicha energía en forma de fotones.

31. La excitación puede producirse por: • Bombardeo de electrones (emitiéndose rayos X) • Exposición a chispas de corriente alterna o al calor de una llama, arco u horno (emitiéndose radiación UV, vis o IR) • Irradiación con un haz de radiación electromagnética (emitiéndose radiación fluorescente) • Reacción química exotérmica (que produce quimioluminiscencia)

32. Espectro de emisión Cuando una muestra "devuelve" en forma de líneas discretas las ondas absorbidas forma un espectro de líneas biendefinidas, discretas y separadas entre sí por regiones negras. El Sodio, en una placa fotográfica "negra" emite luz de color amarillo (l=589nm) La sal de Potasio K, emítedos líneas espectrales, rojo y azul.

33. Espectro de líneas

34. Procesos de Relajación El tiempo de vida media de un átomo o molécula excitada por absorción de radiación es breve debido a que experimenta varios procesos de relajación para llegar al estado fundamental. – Relajación No Radiactiva: Supone perdida de energía en forma de energía cinética por colisiones en una serie de pasos pequeños. Aumento ligero de temperatura.

35. Proceso en el que la radiación emitida tiene la misma frecuencia que la radiación empleada para la excitación Se produce en átomos en estado gaseoso – Relajación Fluorescente o Fosforescente Son importantes procesos de emisión donde las partículas excitadas por la absorción de radiación electromagnética vuelven a su estado fundamental emitiendo radiación. - Fluorescencia de resonancia

36. TAREA • ¿Que es dispersión de la radiación /Indique los diferentes tipos de dispersión y sus características, ejemplifique cada una? • ¿Que elementos presentan color en la región visible, indique la longitud de onda para cada uno? • Defina y ejemplifique: Difracción, Polarización, Reflexión, Refracción. • ¿Qué es teoría del color y sus aplicaciones?