Introducción a la espectroscopia

En este video vamos a hablar sobre  la electroscopía, que tiene que ver   con las interacciones entre la luz y la  materia. Y cuando hablamos de la luz no   sólo hablamos de luz visible, estamos hablando de  radiación electromagnética en general. Y bueno,   lo que vamos a hacer en este video es obtener  una intuición por aquí utilizando el simulador   Phet de la Universidad de Colorado. Así que te  invito que vayas a este sitio web y lo intentes   por tu cuenta. Y podemos darnos cuenta de que  esencialmente el simulador nos permite ver cómo   diferentes longitudes de ondas de radiación  electromagnética pueden interactuar con la   materia, en este caso varias moléculas. Y  sólo para orientarnos podemos hacer clic   en este botón de Mostrar espectro de luz. Bien,  y podemos ver en este diagrama lo que la gente   normalmente considera ondas de radio. Estas  son algunas de las frecuencias más bajas y   de las longitudes de onda de luz más largas. Y  después, cuando vamos a frecuencias más altas,   pasamos a las microondas. Y, ojo, tener una  frecuencia más alta implica tener una energía más   alta por fotón. Después, si tenemos una frecuencia  y una energía más alta, llegamos al infrarrojo;   y después, si aumentamos la frecuencia y  la energía, llegaremos a la luz visible,   ésta es la que pueden percibir nuestros ojos; y  luego, si aumentamos la frecuencia y la energía un   poco más, llegamos a la luz ultravioleta, después  a los rayos X y después a los rayos Gamma. Ojo,   esta no es una escala lineal, es una escala  logarítmica; estas son potencias de 10. Podemos   ver algunos incrementos muy drásticos en la  frecuencia y en la energía conforme vamos   de izquierda a derecha. Pero en este video nos  enfocaremos en particular en las longitudes de   ondas electromagnéticas de microondas, infrarrojo,  luz visible y ultravioleta, y pensaremos en cómo   interactúan con distintas moléculas. Entonces,  si empezamos con la radiación de microondas,   y por acá seleccionamos una molécula de agua,  y echamos a andar la simulación, podemos ver   que cuando se absorbe la radiación provoca una  transición de rotación en la molécula de agua,   hace que la molécula de agua gire de una  manera distinta a como lo hacía antes; y   luego la molécula de agua también puede emitir la  radiación y luego rotar de manera diferente. Así   que podemos ver que no siempre hace esto, hay un  poco de probabilidad involucrada, pero esta es en   realidad la base de cómo funcionan las microondas.  Tu horno de microondas hace que las moléculas   de agua se agiten de manera rotatoria, lo que  aumenta el calor en el sistema. Por otra parte,   también podemos ver la luz infrarroja, que una  vez más tenemos que recordar: tiene una frecuencia   más alta, así que veamos qué le hace a las  moléculas. Así que con base en esta simulación,   parece que la molécula de agua empieza a vibrar  cuando absorbe la luz infrarroja. La radiación de   microondas hizo que girara o tuviera un cambio en  el estado de rotación, mientras que el infrarrojo   la hace vibrar. Y podemos ver esto con otras  moléculas. Probemos con el monóxido de carbono.   Una vez más no la hace girar, la hace vibrar.  Ahora, ¿qué pasará con la luz visible? Bueno,   la luz visible tiene diferentes interacciones  con distintos tipos de moléculas, así que   intentemos con el dióxido de nitrógeno. En ciertas  situaciones, el dióxido de nitrógeno absorberá la   luz, es por eso que brilla, y cuando brilla lo  que realmente pasa es que pone electrones en un   estado de mayor energía o en un orbital más alto,  y luego, cuando deja de brillar, los electrones   regresan a un estado de menor energía, están  reemitiendo radiación. Lo podemos ver aquí, que   justo está reemitiendo luz visible, en este caso  en una dirección distinta. Y cuando ocurre esto,   el electrón que estaba en un estado excitado  regresa a un estado de menor energía. Bien,   ahora pensemos en la luz ultravioleta, la cual  tiene una energía aún mayor que la luz visible.   ¿Qué esperaremos ver? Bueno, por aquí podemos  ver que en ciertos casos toma electrones y es   capaz de excitarlos tanto que rompe su enlace  con la molécula. Vamos a reiniciarlo, es decir,   realmente podemos romper los enlaces. Veamos qué  sucede con algo de ozono. Lo mismo: excita tanto   el electrón que puede romper el enlace. Entonces  el panorama general, o la gran conclusión,   es la siguiente: la radiación de microondas  tiende a cambiar el movimiento de rotación de   una molécula, vimos eso con las moléculas de agua;  la radiación infrarroja, que es de mayor energía   y mayor frecuencia, tiende a provocar un cambio  en el movimiento vibratorio; mientras que la luz   visible puede excitar electrones de tal forma que  los lleva a un estado de mayor energía, luego son   readmitidos cuando el electrón regresa a su estado  base; por último, la luz ultravioleta es tan   poderosa que puede excitar electrones de modo que  en algunos casos puede romper enlaces covalentes.