INTERACCION DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA CON LA MATERIA

INTERACCION DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA CON LA MATERIA

Radiación Electromagnética Ondas producidas por emisión de energía debido a la oscilación o aceleración de cargas eléctricas. No necesitan medio material para propagarse. (1/s) · (m) = c(m/s) c= 3. 108(m/s) E = hc/ h = 6. 63· 10 -34 J. s

Parámetros Ondulatorios Amplitud (A): Longitud del vector eléctrico en el máximo de una onda. Periodo (p): Tiempo (seg) necesario para el paso de máximos o mínimos por un punto fijo del espacio. Frecuencia (ν): Número de oscilaciones por segundo (hertz o ciclos/segundo) Longitud de onda (λ): Distancia entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas. (m, cm, nm, pm) Numero de onda ( ν ): inverso de la longitud de onda, depende del medio (cm – 1)

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 por la interacción entre el campo electromagnético de la radiación y los electrones de los átomos y moléculas presentes

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.

Efecto fotoelectrico Cuando la luz incide sobre una superficie metálica, la superficie emite electrones. Hay una mínima frecuencia de luz bajo la cual ningún eabandona la superficie. Si la energía del fotón h es muy pequeña, ningún electrón se libera Ecin. =1/2 me(vele)2 =h - Eenlace

La luz como partícula La luz se comporta como una partícula “FOTON” FOTON: Paquete de energía electromagnética o luz. Propuesto por Albert Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico. E para una longitud de onda = J/fotón o J/cuanto Los fotones no tienen masa ni carga eléctrico naturaleza dual (partículas y ondas) se ven como líneas onduladas

Las ondas electromagnéticas pueden dividirse en diversos rangos espectrales

Espectro Electromagnético

Rayos Gamma Radiación ionizante de alta frecuencia (alta energía) afecta la materia (núcleo) Se producen por elementos radioactivos o procesos subatómicos y por fenómenos astrofísicos (explosiones de la vía láctea) Ej. La explosión de una bomba atómica (producen daños irreversibles) Los rayos gamma van acompañados de los rayos alfa y beta.

Rayos X Se producen por una corriente de e- emitida de un cátodo acelerado por una diferencia de potencial elevado hacia el ánodo. Utilizan en medicina, radioterapìa, fotocopiado (radiografías, destrucción de tejidos cancerosos) Q. Analítica: Determinación de metales y no metales Ondas de Radio Ondas cortas, con frecuencia de 300 GHz. Ondas largas, con frecuencia mínimas de 30 KHz Se utilizan en las comunicaciones

Microondas Se producen por un generador (G) de pulsos eléctricos de corta duración, con una antena se transforman en ondas electromagnéticas. -Los sistemas radiotelefónicos (vía satélite) enlazan a todo el mundo mediante microondas. Atraviesan la atmósfera con menos interferencia que otras longitudes de onda. Horno de microondas utiliza un magnetrón que produce ondas a una frecuencia aprox. 2. 45 GHz. Las moléculas de agua en los alimentos vibran y generan calor. H 2 O + h H 2 O

Rayos Infrarrojos Llamados rayos caloríficos, son emitidos por cuerpos calientes o en estado de incandescencia (temperaturas > 500 °C). Se utilizan en la obtención de fotográficas con efectos nocturnos en pleno día; Se pueden tomar fotografías en la oscuridad sin emplear “FLASH”. Q. analítica identifican grupos funcionales de las moléculas y cuantificación de muestras s, l y g (E = Vibracional) Cuando el HCl absorbe radiación IR aumenta su energía vibracional H ---- Cl + h H ------ Cl

Ultravioleta A (UVA) > 320 y 400 nm A traviesa la capa de ozono (protector solar) Ultravioleta B (UVB) 290 y 320 nm. Absorbe por la capa de ozono. Además del bronceado produce: quemaduras, envejecimiento de piel, conjuntivitis, etc Ultravioleta C (UVC) < 290 nm, es letal para todas las formas de vida del planeta. Se absorbe totalmente por la capa de ozono

Radiación Visible Ondas que estimulan el ojo humano; los demás rayos no pueden ser percibidos por la visión humana. Estos rayos tienen colores definidos por su longitud de onda

El color blanco no absorbe ninguna, devuelve todas El color negro absorbe todas y no devuelve ninguna.

Colores absorbidos y reflejados Parte del espectro visible es absorbido y otro reflejado (color complementario) 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

TRANSMISIÓN DE LA RADIACIÓN El índice de refracción de un medio es una medida de su interacción con la radiación: hi= c /ui l La interacción involucrada en la transmisión puede atribuirse al proceso por etapas en el que la radiación interactúa con átomos, iones o moléculas, deformando transitoriamente sus nubes electrónicas (polarización). l Si las partículas son grandes (moléculas poliméricas o coloidales), parte del haz se dispersa en todas direcciones l Si las partículas polarizadas son pequeñas, la radiación se reemite en la misma dirección de la trayectoria del haz original l

DIFRACCIÓN DE LA RADIACIÓN l Un haz de radiación paralelo se curva al pasar a través de una rendija estrecha o por un obstáculo puntiagudo Si la rendija es ancha comparada con la , la difracción es insignificante. Rendija y la son del mismo orden de magnitud, la difracción es intensa; la rendija se comporta como una nueva fuente y las ondas se irradian en arcos de 180.

REFRACCIÓN DE LA RADIACIÓN l Cambio brusco en la dirección del haz, que ocurre cuando la radiación incide con un ángulo en la interfase entre dos medios transparentes con diferentes densidades El cambio de dirección ocurre por las diferencia en la velocidad del haz en los dos medios. La magnitud de refracción viene dada por la Ley de Snell:

Dispersión Se produce cuando un haz de radiación incidente choca con partículas atómicas o moleculares pequeñas con respecto a la λ de la radiación l Dispersión Refractiva: variación del h de una sustancia con respecto a λ o u. Puede ser normal (lentes) h aumenta gradualmente al aumentar u o anómala (prismas) h aumenta bruscamente u)

Dispersión (scattering) Partículas de dimensiones coloidales la dispersión es bastante intensa que el ojo humano la percibe (efecto Tyndall) l La medida de la radiación dispersa sirve para determinar el tamaño y configuración de polímeros y coloides. l Dispersión Raman Se produce cuando parte de la radiación dispersada sufre cambios cuantizados de su frecuencia. Estos cambios son el resultado de: transiciones entre niveles de energía vibracional de la molécula.

Dispersión Rayleigh l Dispersión por moléculas de dimensiones menores que la λ de la radiación l Una manifestación cotidiana de la dispersión Rayleigh es el azul del cielo, consecuencia de la mayor dispersión de las λ mas cortas (azules) del espectro visible. El azul del cielo, se produce por la dispersión que producen las moléculas de la atmósfera sobre la luz solar

Dispersión por moléculas grandes l Efecto Tyndall: Dispersión producida por partículas de dimensiones coloidales, siendo detectada por el ojo humano. l La medida de la radiación dispersada sirve para determinar el tamaño y la configuración de ciertas moléculas poliméricas y partículas coloidales. Rayos de luz cruzando a través de niebla, las partículas en la niebla se hacen evidentes por el efecto Tyndall

REFLEXIÓN DE LA RADIACIÓN l Cuando la radiación atraviesa una interfase entre medios con diferente indice de refraccion se produce la reflexión A mayor diferencia entre los índices de refracción, mayor es la fracción de la radiación reflejada. Ir Io (h 2 – h 1)2 = (h 2 + h 1)2

l Visto de frente un haz de radiación monocromático puede visualizarse como un conjunto infinito de vectores eléctricos. Este vector puede formar dos componentes AB y CD perpendiculares entre sí. Polarización La eliminación de uno de los dos planos origina un haz polarizado en un plano: ondas de radio y microondas

TAREA l ¿Cuáles son los diferentes tipos de dispersión y sus características, ejemplifique cada una? l ¿Cuáles son los diferentes tipos de superposición y sus características, ejemplifique cada una? l ¿Qué es teoría del color y sus aplicaciones? l ¿Que elementos presentan color en la región visible, indique la longitud de onda para cada uno?