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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE LABORATORIO DE QUÍMICA INORGÁNICA I PRÁCTICA 1: RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (REM) INTRODUCCIÓN La Radiación electromagnética o REM, es una forma de energía que emiten las partículas cuando están en movimiento, básicamente es el resultado de las ondas electromagnéticas alejándose de su punto de origen en forma de fotones. Las REM se clasifican según las características de onda y frecuencia que poseen: ➢ Microondas: su longitud de onda mide entre 10^-1 a 10^-3 metros y su frecuencia es de 10^9 y 10^11 hz. ➢ Luz infrarroja: su longitud de onda mida entre 0.74 micras y 1 milímetro. La frecuencia de esta radiación está entre 10^12 y 10^14 hz. ➢ Luz visible: su longitud de onda mide entre 390 y 750 nanómetros, esta longitud de onda varía según el color. La frecuencia de la luz visible esta entre 10^14 y 10^15 hz. ➢ Luz ultravioleta: su longitud de onda mide entre 10 y 400 nanómetros. La frecuencia de esta radiación esta entre 10^15 y 10^16 hz. OBJETIVOS 1. Describir el comportamiento de algunas moléculas en presencia de diferentes tipos de REM. 2. Identificar las características que deben tener las moléculas que interactúan con diferentes tipos de REM. 3. Elaborar una guía sencilla sobre las moléculas que reaccionan con la REM. PROCEDIMIENTO PARTE 1. PARA EMPEZAR 1. Abre en el dispositivo de tu preferencia la siguiente página (considera que debes tomar captura de pantalla para los resultados): https://phet.colorado.edu/sims/html/molecules-and-light/latest/molecules-and-light_en.html 2. Con tu equipo, exploren todos los controles de la simulación, por lo menos en 5 minutos. Discutan en equipo y hagan un resumen (1 – 2 líneas), sobre lo que trata la simulación y qué puede hacer. Parte 2. “ILUMINA” LA SIMULACIÓN 1. Describe la REM que se usa en la simulación en términos de energía, longitud de onda y frecuencia. Cuadro 1.1 REM (microondas) REM (infrarrojo) REM (visible) REM (ultravioleta) Energía Longitud de onda Frecuencia Parte 3. INTERACCIÓN DE REM Y MATERIA https://phet.colorado.edu/sims/html/molecules-and-light/latest/molecules-and-light_en.html UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE 1. Examina qué les sucede a las moléculas cuando inciden los fotones en ellas. Escribe en el Cuadro 1.2 tus observaciones Cuadro 1.2 MICROONDAS INFRARROJO VISIBLE ULTRAVIOLETA CO N2 O2 CO2 CH4 H2O NO2 O3 2. Realiza un resumen del efecto en las moléculas por cada tipo de radiación vista en la simulación. Cuadro 1.3 MICROONDAS INFRARROJO VISIBLE ULTRAVIOLETA Efecto en las moléculas Parte 4. GUÍA PARA NUESTRO EQUIPO 1. De acuerdo a la información recabada en los cuadros 1.2 y 1.3, llena el cuadro siguiente con las características asociadas de las moléculas y la REM. Cuadro 1.4 RADIACIÓN MOLÉCULAS QUE INTERACTÚAN (Puedes escribir la estructura de Lewis) REGLA GENERAL PARA PREDECIR LA ACTIVIDAD MICROONDAS IR VIS UV RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE PARTE 1. PARA EMPEZAR Fig.1 Interacción de luz infra roja con Monóxido de Carbón. Al entrar al simulador podemos escoger entre 4 tipos de luz (microondas, infrarrojo, visible y ultravioleta), además de que podemos cambiar la velocidad con la que viajan los fotones y ver cómo estos interactúan con las moléculas que integran el simulador. Fig.2 Interacción de luz ultravioleta con NO2. En este caso se observa como sale despido un átomo de oxígeno el cual tenía un enlace más sencillo. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE Fig.2 Interacción de luz infrarroja con H2O. Desvía el fotón al entrara al contacto con la molécula de agua. Fig.3 Interacción de luz infrarroja con H2O. En este caso se observa como sale despido un átomo de oxígeno el cual tenía un enlace más sencillo, en este caso nos damos que es más energética que las demás es capaz de penetrar más objetos o superficies cuenta con un rango de frecuencia de 10^15 y 10^16 hz entonces por la misma razón los enlaces sencillos se rompen. Parte 2. “ILUMINA” LA SIMULACIÓN 1. Describe la REM que se usa en la simulación en términos de energía, longitud de onda y frecuencia. Cuadro 1 REM (microondas) REM (infrarrojo) REM (visible) REM (ultravioleta) UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE Energía en términos de energía es una de las que menos energía presenta de cuero a su frecuencia con un rango entre 10^9 y 10^11 hz en términos de la energía es la está por encima de la radiación de microondas debido a su frecuencia lo que nos deja que es mucho más energética que la de microondas , pero no lo suficiente como para provocar daños. cuenta con un rango que está comprendi do entre 10^12 y 10^14 hz toda la energía que tenga que ver con la radiación electromag nética está relacionada con la frecuencia. por lo que para este tipo tenemos un rango de grande a comparació n de los anteriores por lo que nos deja que se encuentra entre 10^14 y 10^15 hz es la que presenta más energía en el simulador al ser esta la mucho más energética que las demás es capaz de penetrar más objetos o superficies cuenta con un rango de frecuencia de 10^15 y 10^16 hz lo que sabemos que s Longitud de onda pasa lo contrario con la longitud de onda está al contrario entre menos frecuencia tenemos mayor es la longitud de onda y la radiación electromagn ética en forma de microondas no da un rango de 10^- la longitud de onda de este tipo de radiación se encuentra entre los 10^-3 y 10^-6 por lo que sabemos de esta es que tiene un periodo más largo que el de la luz visible como pasa con los otros aquí su longitud de onda se va alargando lo que nos dé deja que su frecuencia cada vez más rápida cuenta con un rango que se encuentra la longitud de onda para este tipo de radiación es más corta y cuenta con un rango de 10^-6 y 10^-8 metros por lo que sabemos su longitud de onda es más corto por lo que su frecuencia será más rápida UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE 1 a 10^-3 metros entre los 10^-7 Frecuencia de acuerdo con lo que vemos en simulador y la energía está relacionada con la frecuencia de modo de que entre más incrementa la frecuencia más incrementa la energía con un rango entre 10^9 y 10^11 hz la frecuencia para este tipo de radiación electromag nética se encuentra entre los 10^12 y 10^14 hz lo que nos deja que es un menos rápida que la visible, pero si más rápida que la de microondasla frecuencia como ya lo mencioné en el apartado de la energía estos están sumamente relacionado s por lo que sabemos su frecuencia cada vez se hace más rápida por lo que tenemos menos longitud de onda y los periodos son más rápidos. se encuentra entre 10^14 y 10^15 hz cuenta con un rango de frecuencia de 10^15 y 10^16 h y por lo que sabemos al tener mayor frecuencia más energética se vuelve la radiación la que para este caso sí es dañina para los seres humanos PARTE 3. INTERACCIÓN DE REM Y MATERIA 1. Examina qué les sucede a las moléculas cuando inciden los fotones en ellas. Escribe en el Cuadro 1.2 tus observaciones Cuadro 2 MICROONDAS INFRARROJO VISIBLE ULTRAVIOLETA CO Al momento de que los fotones se dirijan hacia la molécula, está como que el átomo de carbono “guarda” el fotón Al contrario de las microondas, ocurre lo mismo que desvía el fotón a otra parte, sin embargo, esta molécula no gira. En esta no pasa absolutamente nada, los fotones de la luz visible pasan a través de la molécula. Esta coincide con la anterior, los fotones pasan a través de la molécula sin ningún problema. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE y posteriormente lo desvía a otra parte y la molécula gira. el átomo que se encarga de esta interacción es el oxígeno. N2 En este tipo de rayos no ocurre nada, los fotones pasan por la molécula sin problemas. En estos rayos también ocurre lo mismo, pasan a través de la molécula y no sucede nada. No pasa absolutamente nada, los rayos pasan por la molécula sin problema. Tampoco sucede algo con este tipo de luz, no reacciona ante los fotones. O2 De los cuatro tipos de rayos que se le pueden incidir a esta molécula, ninguna tuvo alguna reacción, lo fotones pasaron a través de la molécula sin complicaciones, inclusive dejando por un tiempo aproximado de un minuto no pasó nada. CO2 Para esta molécula, al igual que otras anteriores, en esta no se ve ninguna reacción. En esta molécula, al átomo de carbono, absorbe el fotón emitido y lo desvía a otra parte del trayecto. En estos ambos rayos emitidos hacia la molécula, no se vio ninguna reacción por parte de esta, los fotones lograron atravesar los átomos sin ningún problema. CH4 Los fotones que inciden hacia la molécula pasan sin problemas, no existe reacción por parte de la molécula. El átomo de carbono de esta molécula absorbe el fotón del rayo infrarrojo y lo desvía a otra parte de la trayectoria. Los dos tipos de rayos que se emitieron hacia la molécula estos pasan desapercibidos y no hay una reacción por parte de la molécula ante los fotones, por lo que no ocurre ningún movimiento. H2O En esta molécula los átomos de hidrógeno son los encargados de desviar el fotón de estos rayos, y se observa cómo “gira” la molécula sobre su eje, Al contrario que la anterior, el átomo de oxígeno se encarga de realizar el desvío del fotón, mientras que esta molécula no rota sobre su eje. Al momento de incidir ambos rayos la molécula no reacciona ante estos, puesto que no se genera ningún tipo de movimiento ni alteraciones a la molécula. NO2 En esta molécula el átomo de nitrógeno se encarga de absorber el fotón Para esta molécula ocurre lo mismo, el átomo de nitrógeno desvía Para este caso en particular, la molécula completa absorbe el fotón Para esta molécula en donde se forma un solo enlace entre nitrógeno y UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE de las microondas y desviarlos, al igual que otras, la molécula gira sobre su eje. el fotón, sin embargo, esta se mantiene en su forma sin rotar. y se ilumina, formando alrededor un aura amarilla, como si se tratara de un brilla en la molécula y posteriormente expulsa el fotón desviando de la trayectoria. oxígeno, el fotón “rompe” la molécula dejando la opción para volver a insertar de nuevo la molécula. O3 La molécula reacciona de un modo en que absorbe el fotón para posteriormente desviarse, mientras la molécula gira sobre su eje. La molécula desvía el fotón a otra parte, pero esta no se ve que se mueva o gire sobre su eje. No pasa nada en esta reacción, la molécula se inmuta de los rayos inducidos. Al igual que una molécula, el fotón “rompe” la molécula en donde se encuentra un enlace sencillo. 2. Realiza un resumen del efecto en las moléculas por cada tipo de radiación vista en la simulación. Cuadro 3 MICROONDAS INFRARROJO VISIBLE ULTRAVIOLETA Efecto en las moléculas Solo cuatro moléculas resultaron en términos comunes, en como la molécula gira sobre sí para después poder desviar el fotón que se le indujo. En solo 6 moléculas se vio una acción común, desvío de fotones y mantenerse en su forma original. En la mayoría de las moléculas, ninguna presenta alguna reacción ante los rayos emitidos, a excepción de una, que fue el NO2, la cual fue la única en presentar esta característica. En este tipo de rayo casi no afectó a ninguna de las moléculas, sólo dos de ellas fueron las que tuvieron reacción, se habla del N02 y del O3, las cuales este tipo de rayo las rompió. PARTE 4. GUÍA PARA NUESTRO EQUIPO 1. De acuerdo a la información recabada en los cuadros 1.2 y 1.3, llena el cuadro siguiente con las características asociadas de las moléculas y la REM. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE Cuadro 4 RADIACIÓN MOLÉCULAS QUE INTERACTÚAN (Puedes escribir la estructura de Lewis) REGLA GENERAL PARA PREDECIR LA ACTIVIDAD MICROONDAS CO, Las moléculas absorben los fotones y estos hacen girar la molécula lo cual genera fricción entre las moléculas y hace que su temperatura aumente. 𝐻2𝑂 𝑁𝑂2 𝑂3 IR 𝐶𝑂 La luz infrarroja solo hace que las moléculas absorban los fotones y los desvié, por lo que estas conservan su forma. 𝐶𝑂2 𝐶𝐻4 𝐻2𝑂 𝑁𝑂2 𝑂3 VIS 𝑁𝑂2 La luz visible hace que las moléculas absorban los fotones y estos se mantenga ahí lo cual hace que la molécula se ilumine para después desviar los fotones. UV 𝑁𝑂2 La luz ultravioleta hace que se rompa el enlace que forma cada molécula. 𝑂3 CUESTIONARIO 1. Observa cuáles moléculas no fueron afectadas por ninguna radiación en la simulación. ¿Cuáles se encuentran en la atmósfera? Nitrógeno N2. Oxígeno O2. Son las únicas que se encuentran en la atmósfera las cuales no sufrieron daño ni interacción al momento de probarse con en el simulador phet, estas moléculas tienen algo en común y es que son moléculas diatómicas. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE 2. La interacción de la REM con alguna molécula depende de las características de ésta. La presencia de pares electrónicos sin compartir o dipolos son algunos de los que promueven la interacción. Identifica al menos otras dos características Longitud de onda: correspondiente al color violeta (aproximadamente 400 nanómetros) hasta la longitud de onda correspondiente al color rojo (aproximadamente 700 nm).Los fotones emitidos forman el espectro del elemento. Las frecuencias de luz que un átomo puede emitir dependen de los estados en los que se encuentran los electrones. Tipo de enlace: las moléculas que poseen un enlace molecular más fuerte no perdían su composición como lo eran aquellas las cuales tenían un enlace de hidrógeno, para el NO2 vemos que con el tipo de luz ultravioleta pierde un átomo de oxígeno, al encontrarse con un enlace sencillo lo rompe y sale despedido en átomo. Los fotones: cargan cantidades discretas de energía llamadas cuantos, que pueden transferir a átomos y moléculas cuando son absorbidos, dependiendo de la frecuencia de la radiación electromagnética es un factor importante en sus interacciones. 3. De acuerdo a la información que resumiste en el Cuadro 1.4, ¿qué ocurriría con las siguientes moléculas? Cuadro 1.5 MICROONDAS IR VISIBLE UV Fluorometano Sin cambios, los fotones que inciden hacia la molécula pasan sin problemas, no existe reacción por parte de la molécula. El átomo de carbono de esta molécula absorbe el fotón del rayo infrarrojo y lo desvía a otra parte de la trayectoria. Sin cambios, los fotones que inciden hacia la molécula pasan sin problemas, no existe reacción por parte de la molécula. Sin cambios, los fotones que inciden hacia la molécula pasan sin problemas, no existe reacción por parte de la molécula. Borano En esta molécula los átomos de hidrógeno son los encargados de desviar el fotón de estos rayos, y se observa cómo “gira” la molécula sobre su eje. El átomo de boro de esta molécula absorbe el fotón del rayo infrarrojo y lo desvía a otra parte de la trayectoria. La molécula no reacciona ante estos, puesto que no se genera ningún tipo de movimiento ni alteraciones a la molécula. La molécula no reacciona ante estos, puesto que no se genera ningún tipo de movimiento ni alteraciones a la molécula. Amoniaco Los fotones que inciden hacia la molécula pasan sin problemas, no existe reacción por El átomo de carbono de esta molécula absorbe el fotón del rayo infrarrojo y lo desvía a otra No reacciona ante estos, puesto que no se genera ningún tipo de movimiento ni No reacciona ante estos, puesto que no se genera ningún tipo de movimiento ni UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA EQUIPO:5 DOCENTE: MARIA CAROLINA ESPINOSA ARZATE parte de la molécula. parte de la trayectoria. alteraciones a la molécula. alteraciones a la molécula. Trifluorometano El átomo de hidrógeno es el encargado de desviar el fotón de estos rayos, y se observa cómo “gira” la molécula sobre su eje. La molécula desvía el fotón a otra parte, pero esta no se ve que se mueva o gire sobre su eje. No reacciona ante estos, puesto que no se genera ningún tipo de movimiento ni alteraciones a la molécula. el fotón “rompe” la molécula en donde se encuentra un enlace sencillo. Puedes apoyarte en la siguiente simulación para ver la polaridad y la forma de las moléculas: https://phet.colorado.edu/sims/html/molecules-and-light/latest/molecules-and-light_en.html ó https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/molecule-polarity/latest/molecule- polarity.html?simulation=molecule-polarity CONCLUSIÓN Logramos observar el comportamiento de las moléculas de CO, NO3, CO2, O2, etc. En las cuales al interactuar con diferentes espectros electromagnéticos sus reacciones debido al tipo de REM y el tipo de molécula podían ser diferentes gracias a la longitud de onda, energía, frecuencia y tipo de enlace , haciendo o no que los electrones de su superficie oscilen, generándose de esta forma una corriente y en otros casos rompiendo enlaces sencillos, así comprobando nuestro conocimiento previo. REFERENCIAS • Interactive Simulations for Science and Math. PhET Interactive Simulations. University of Colorado. Boulder. Consultado: 18 enero de 2021. https://phet.colorado.edu/ • Espectroscopía: la interacción de la luz y la materia (artículo) | Khan Academy. (2014). Retrieved: January 29, 2021, from Khan Academy website: https://es.khanacademy.org/science/chemistry/electronic-structure-of- atoms/bohr-model-hydrogen/a/spectroscopy-interaction-of-light-and-matter • S. (2020a, enero 22). Significado de Radiación electromagnética. Significados. https://www.significados.com/radiacion-electromagnetica/ https://phet.colorado.edu/sims/html/molecules-and-light/latest/molecules-and-light_en.html https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/molecule-polarity/latest/molecule-polarity.html?simulation=molecule-polarity https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/molecule-polarity/latest/molecule-polarity.html?simulation=molecule-polarity https://phet.colorado.edu/ https://es.khanacademy.org/science/chemistry/electronic-structure-of-atoms/bohr-model-hydrogen/a/spectroscopy-interaction-of-light-and-matter https://es.khanacademy.org/science/chemistry/electronic-structure-of-atoms/bohr-model-hydrogen/a/spectroscopy-interaction-of-light-and-matter https://www.significados.com/radiacion-electromagnetica/
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