jueves, 21 de julio de 2022

馃摎 Libro: Qu铆mica F铆sica - Alberto Requena

 

Alberto Requena

QU脥MICA F脥SICA [PDF]
Problemas de Espectroscop铆a - Fundamentos, 谩tomos y mol茅culas diat贸micas

Autor: Alberto Requena - Jos茅 Z煤帽iga
Departamento de Qu铆mica F铆sica de la Universidad de Murcia
Pearson Education - 2007

PRESENTACI脫N

La Espectroscop铆a estudia la interacci贸n de la radiaci贸n con la materia. Sus t茅cnicas se han convertido en una de las mejores herramientas para la investigaci贸n y el an谩lisis qu铆mico y f铆sico. Las transformaciones que tienen lugar en la materia cuando la radiaci贸n electromagn茅tica incide sobre ella permiten realizar estudios estructurales y dise帽ar procedimientos para interpretar los cambios que tienen lugar como consecuencia de dicha interacci贸n. Es dif铆cil encontrar alg煤n trabajo a nivel molecular que no emplee la t茅cnica espectrosc贸pica en alg煤n momento.

Las fuentes de radiaci贸n, tan importantes para caracterizar la regi贸n espectral en la que se trabaja, se han visto potenciadas por el advenimiento del l谩ser, la radiaci贸n monocrom谩tica, direccional, coherente y de intensidad elevada que ha renovado las t茅cnicas, la teor铆a y las posibilidades del m茅todo espectrosc贸pico. Este m茅todo se percibe cada vez m谩s como una t茅cnica de prop贸sito general, que puede emplearse protocolariamente, a efectos de diagn贸stico, pero sobre todo como herramienta, para desarrollar aplicaciones en las que se estudian desde aspectos fundamentales de la estructura de la materia, hasta m茅todos de identificaci贸n cualitativos y cuantitativos de la misma.

Este primer volumen de problemas de Espectroscop铆a constituye un complemento importante en el aprendizaje de los conceptos fundamentales de la Espectroscop铆a, con ejemplos y aspectos destacados de las diferentes t茅cnicas espectrosc贸picas, que se van introduciendo paso a paso para que el estudiante adquiera la destreza necesaria para desenvolverse con soltura en esta fascinante 谩rea de la Ciencia moderna.

CONTENIDO

1 CUANTIZACI´ON DE LA MATERIA
C谩lculo variacional para el modelo de la part铆cula en una caja
Comparaci贸n de dos funciones variacionales para la part铆cula en la caja
C谩lculo variacional incluyendo un par谩metro ajustable para el oscilador arm贸nico 
C谩lculo variacional incluyendo un par谩metro ajustable para el oscilador cu谩rtico 
C谩lculo variacional estados excitados con aplicaci贸n al oscilador arm贸nico 
Funci贸n variacional lineal para las energ铆as de los estados fundamental y primero excitado de la part铆cula en la caja
Mejora de la funci贸n variacional lineal para las energ铆as de los estados fundamental y primero excitado de la part铆cula en la caja
Determinaci贸n de las funci贸n variacional lineal de los estados fundamental y primero excitado de la part铆cula en la caja
Determinaci贸n de la energ铆a exacta de un oscilador arm贸nico con una perturbaci贸n lineal 
Ortogonalidad de las funciones de variaci贸n lineal 
Determinaci贸n de la correcci贸n de primer orden de la energ铆a de una part铆cula en una caja de potencial con una perturbaci贸n lineal
Determinaci贸n de la correcci贸n de primer orden de la energ铆a de una part铆cula en una caja de potencial perturbada a tramos
Efecto de una peque帽a variaci贸n de la constante de fuerza sobre la energ铆a del oscilador arm贸nico comparando la soluci贸n exacta con la perturbativa
Correcci贸n de tercer orden de la energ铆a para niveles no degenerados
Comparaci贸n de los tratamientos variacional y perturbativo para un sistema de dos niveles
Determinaci贸n variacional de los dos primeros niveles de energ铆a de una caja de potencial unidimensional con una perturbaci贸n lineal
Correcci贸n de segundo orden de la energ铆a para estados degenerados 
Funciones de onda correctas de orden cero de los dos primeros estados excitados de un sistema de dos osciladores arm贸nicos degenerados acoplados
Desdoblamientos de los segundos niveles de energ铆a degenerados excitados de un sistema de osciladores arm贸nicos degenerados acoplados
Desdoblamientos de los primeros niveles de energ铆a degenerados excitados de un sistema de osciladores arm贸nicos degenerados acoplados incluyendo la correcci贸n de segundo orden de la energ铆a
 
2 RADIACI脫N ELECTROMAGNETICA
Identificaci贸n de una onda electromagn茅tica
Determinaci贸n de caracter铆sticas de una onda electromagn茅tica I
Determinaci贸n de las caracter铆sticas de una onda electromagn茅tica II
Obtenci贸n del promedio temporal de la funci贸n cos2(!t − kz)
Estimaci贸n del flujo de fotones que incide en la pupila del ojo humano
C谩lculo de la densidad de fotones de distintos haces de radiaci贸n
C谩lculo de la intensidad y de la potencia emitida por un dipolo el茅ctrico oscilante
C谩lculo de la presi贸n de la radiaci贸n solar 
Dispersi贸n de la radiaci贸n por un fot贸n y un electr贸n libre: efecto Compton
C谩lculo de la longitud de onda y de la energ铆a de la radiaci贸n electromagn茅tica dispersada por electrones libres
Relaci贸n entre la irradiancia total emitida por un cuerpo negro y la densidad de energ铆a de la radiaci贸n
Demostraci贸n de que la ley de radiaci贸n de Planck contiene las leyes de Wien y de Rayleigh-Jeans
Deducci贸n de la ley de Stefan-Boltzmann a partir de la ley de radiaci贸n de Planck
Obtenci贸n de la ley de la radiaci贸n de Planck en funci贸n de la longitud de onda
Deducci贸n de la ley de desplazamiento de Wien a partir de la ley de radiaci贸n de Planck
Determinaci贸n de la longitud de onda m谩xima a la que emiten diferentes objetos usando la ley de Wien 
C谩lculo de la constante de radiaci贸n solar
C谩lculo de la temperatura media de la Tierra suponiendo que las radiaciones absorbida, reflejada y reemitida se mantienen en equilibrio
C谩lculo de la aceleraci贸n que producen los fotones que inciden sobre una superficie
C´alculo de la velocidad de desplazamiento de una galaxia usando el efecto Doppler

3 INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA
Probabilidad de transici贸n para una perturbaci贸n independiente del tiempo 
Probabilidad de transici贸n entre los dos primeros estados de una part铆cula en una caja sometida a una perturbaci贸n constante
Probabilidad de transici贸n para un oscilador arm贸nico con carga sometido al que se aplica un campo el茅ctrico
Determinaci贸n del intervalo de frecuencias en el que se concentra la mayor probabilidad de transici贸n
Variaci贸n de la probabilidad de transici贸n cuando no hay resonancia entre la radiaci贸n y el sistema
Estimaci贸n del tiempo de aplicabilidad del tratamiento perturbativo de primer orden de la interacci贸n de la radiaci贸n con la materia
Momento dipolar de transici贸n de la part铆cula en una caja y reglas de selecci贸n
Probabilidades de transici贸n resonantes para diferentes transiciones en la part铆cula en la caja de potencial unidimensional
Probabilidad de transici贸n para un oscilador arm贸nico unidimensional sometido a una radiaci贸n monocrom谩tica
C谩lculo de la probabilidad de transici贸n entre los estados fundamental y primero excitado de un electr贸n que oscila arm贸nicamente sobretido a radiaci贸n monocrom谩tica
Probabilidad de transici贸n para dipolos el茅ctricos orientados aleatoriamente
Posibilidad de que un fot贸n emitido en una transici贸n sea capaz de inducir la transici贸n inversa
Frecuencia para la que se igualan las velocidades de emisi贸n espont谩nea y estimulada en el cuerpo negro
C谩lculo de coeficientes de Einstein y otras magnitudes para transiciones electr贸nicas, vibracionales y rotacionales
C谩lculo de los coeficientes de Einstein y tiempo de vida media para un electr贸n en una caja de potencial unidimensional
C谩lculo de los coeficientes de Einstein y del momento dipolar de una transici贸n en una transici贸n at贸mica
C谩lculo del tiempo de vida media de un estado excitado de un electr贸n que oscila arm贸nicamente
C谩lculo de las poblaciones de equilibrio de gas que interact煤a con la radiaci贸n
Relaciones entre los coeficientes de Einstein para niveles degenerados
Relaci贸n entre los coeficientes de Einstein en funci贸n de la frecuencia angular y de la intensidad espectral

4 FORMA Y ANCHURA DE LAS L´INEAS ESPECTRALES
C谩lculo del coeficiente de absorci贸n molar y la transmitancia de un sustancia en disoluci贸n
Efecto de la longitud de celda y de la concentraci贸n sobre la transmitancia 
Valor de la transmitancia a partir de la determinada a otra longitud de celda 
Relaci贸n de Lambert-Beer para las intensidades absolutas
Relaci贸n entre los coeficientes de Einstein espectrales y los integrados
Deducci贸n de la expresi贸n para la fuerza del oscilador
F贸rmulas alternativas para la fuerza del oscilador
C谩lculo del coeficiente de Einstein, del momento dipolar de transici贸n y del tiempo de vida media de una banda de absorci贸n electr贸nica
Expresiones para el coeficiente de absorci贸n v谩lida de las transiciones electr贸nicas, vibracionales y rotacionales
Transformada de Fourier de una funci贸n dependiente del tiempo f(t)
Expresi贸n para la banda lorentziana normalizada a la unidad
Anchuras medias de las bandas espectrales lorentziana y gaussiana
Relaci贸n entre las anchuras medias escritas en funci贸n de la longitud de onda y de la frecuencia
Relaci贸n entre los m谩ximos de las bandas gaussiana y lorentziana
M谩ximo de la secci贸n eficaz de absorci贸n en funci贸n de la longitud de onda de resonancia
Estimaci贸n de las anchuras medias naturales para las transiciones rotacionales, vibracionales y electr贸nicas
Estimaci贸n de las anchuras debidas al efecto Doppler para las transiciones rotacionales, vibracionales y electr贸nicas
Calculo de la anchura media debida a presi贸n
Presi贸n a la que se igualan los ensanchamientos debidos al efecto Doppler y a las colisiones
Independencia del m贸ximo del coeficiente de absorci贸n de la frecuencia de la transici贸n electr贸nica

5 LASER
Coeficiente de ganancia y diferencia de poblaci贸n umbral para un l谩ser de He-Ne
Coeficiente de ganancia y diferencia de poblaci贸n umbral para el ensanchamiento lorentziano
C谩lculo de la diferencia de poblaci贸n umbral para un l谩ser de rub铆
C谩lculo de la potencia del pulso de un l谩ser de rub铆
C谩lculo de la potencia y la intensidad de un l谩ser de Nd-YAG
C谩lculo de la eficiencia de un l谩ser de Nd-YAG
Efecto del 铆ndice de refracci贸n sobre la emisi贸n l谩ser
Tiempo de vida media del fot贸n en una cavidad resonante
Expresiones anal铆ticas para las poblaciones de un sistema de dos niveles
Viabilidad de la emisi贸n l谩ser en un sistema de dos niveles
Potencia m铆nima necesaria para bombear todos los 谩tomos desde el nivel l谩ser inferior al nivel auxiliar en un l谩ser de tres niveles
Expresiones para las poblaciones estacionarias de los niveles en un l谩ser de tres niveles 
Condici贸n para la inversi贸n de poblaci贸n en un l谩ser de tres niveles teniendo en cuenta las transiciones radiactivas y estudio
An谩lisis de un l谩ser de tres niveles con bombeo 贸ptico
Condici贸n para la inversi贸n de poblaci贸n en un l谩ser de tres niveles cuando el nivel auxiliar est谩 por debajo del nivel l谩ser inferior
Condici贸n para la inversi贸n de poblaci贸n en un l谩ser de cuatro niveles
Desviaci贸n de un haz l谩ser
Tiempo y longitud de coherencia de la luz blanca
Radiancia de un l谩ser
Radio de la superficie enfocada con una lente por un l谩ser

6 ESPECTROSCOP´IA ATOMICA
Regla de selecci贸n angular del 谩tomo hidrogenoide m = 0,±1
Regla de selecci贸n angular del 谩tomo hidrogenoide l = ±1
C谩lculo de las primeras l铆neas de las series de Lyman y de Balmer del hidr贸geno y del deuterio 
Determinaci贸n de las longitudes de onda de las l铆neas de la serie de Pickering
Momento dipolar de una transici贸n at贸mica
Coeficiente de Einstein, tiempo de vida media y anchura natural del estado 2pz de los 谩tomos hidrogenoides
Energ铆a de interacci贸n esp铆n-贸rbita 
Energ铆a cin茅tica relativista del electr贸n en funci贸n de la cantidad de movimiento
Frecuencias para la estructura fina de la primera l铆nea de la serie de Balmer 
Energ铆a del estado fundamental y de los estados con n = 2, y desdoblamientos esp铆n-贸rbita y relativista para el positronio
Relaciones de conmutaci贸n del operador Hamiltoniano monoelectr贸nico incluyendo la interacci贸n esp铆n-贸rbita
Identificaci贸n de niveles en los que se desdoblan dos t茅rminos at贸micos debido al acoplamiento esp铆n-贸rbita
C谩lculo de los coeficientes de Einstein, el momento dipolar el茅ctrico y la secci贸n eficaz de absorci贸n de la l铆nea D2 del sodio
C谩lculo espectrosc贸pico del primer potencial de ionizaci贸n del rubidio
Determinaci贸n te贸rica de la frecuencia de la l铆nea amarilla D del sodio usando la expresi贸n aproximada del defecto cu谩ntico
Estimaci贸n espectrosc贸pica de la energ铆a de ionizaci贸n del sodio
Desdoblamiento hiperfino de las l铆neas amarillas del sodio
Transiciones entre las l铆neas D1 del sodio desdobladas por un campo magn茅tico externo 
Deducci贸n del desdoblamiento de los niveles de energ铆a del 谩tomo de hidr贸geno provocado por un campo magn茅tico externo cuando la intensidad del campo es superior al acoplamiento esp铆n-orbita
Niveles de energ铆a del 谩tomo de hidr贸geno desdoblados por un campo el茅ctrico: efecto Stark

7 VIBRACION Y ROTACION DE MOLECULAS DIATOMICAS
Separaci贸n de los movimientos electr贸nicos y nucleares de una mol茅cula
Ecuaci贸n de Schrodinger radial para la funci贸n S(r) = r R(r)
Obtenci贸n de la correcci贸n de segundo orden de la energ铆a de vibraci贸n-rotaci贸n de una mol茅cula diat贸mica
Expresi贸n para los niveles de energ铆a de vibraci贸n-rotaci贸n de mol茅culas diat贸micas en funci贸n de las constantes espectrosc贸picas
Constantes espectrosc贸picas para el potencial de Morse
Soluci贸n anal铆tica de los niveles de energ铆a rovibracionales del oscilador de Morse rotante: modelo de Morse-Pekeris 
Intensidades relativas de las transiciones vibracionales fundamental y la del primer sobretono teniendo en cuenta la anarmonicidad el茅ctrica
Intensidades relativas de las transiciones vibracionales fundamental y la del primer sobretono teniendo en cuenta la anarmonicidad mec谩nica
N煤meros de ondas de las l铆neas del espectro de rotaci贸n pura de una mol茅cula diat贸mica
Constantes espectrosc贸picas rotacionales y distancia de equilibrio de la mol茅cula
Temperatura de una muestra a partir de la posici贸n de dos l铆neas de rotaci贸n de la misma intensidad
Expresiones te贸ricas para las posiciones de las l铆neas espectrales correspondientes a las ramas R y P de las bandas de vibraci贸n-rotaci贸n de mol茅culas diat贸micas
Expresiones para los n煤meros de ondas de las ramas R y P usando las constantes rotacionales efectivas
Separaci贸n entre dos l铆neas de las ramas R y P
Constantes rotacionales B0, B1, Be y e, distancia de equilibrio re, y origen de la banda de la mol茅cula de HCl
Constantes espectrosc贸picas rotacionales y vibracionales de la mol茅cula de CO
Constante rotacional de equilibrio Be a partir de los m谩ximos de absorci贸n de las ramas R y P

8 ESPECTROSCOP´IA ELECTRONICA DE MOLECULAS DIATOMICAS
Demostraci贸n de relaciones de conmutaci贸n
Los estados electr贸nicos de las mol茅culas diat贸micas est谩n doblemente degenerados, salvo los estados electr贸nicos
Configuraciones y t茅rminos electr贸nicos de mol茅culas diat贸micas
Configuraciones electr贸nicas de la mol茅cula diat贸mica de C2, de sus t茅rminos y de las transiciones permitidas entre ellos
N煤meros de onda de los or铆genes de las bandas vibracionales en funci贸n del origen de la banda correspondiente a la transici贸n vibracional
Posiciones de las bandas de absorci贸n y de emisi贸n de las progresiones v0 =0, 1, 2, y v00 = 0, 1, 2
Relaci贸n entre los n煤meros de onda vibr贸nicos de una mol茅cula y los de una especie isot贸pica de la misma
Potenciales de Morse para dos estados electr贸nicos de la mol茅cula de SrS
Expresiones anal铆ticas para los factores de Franck-Condon cuando las distancias de equilibrio de los estados electr贸nicos son diferentes y las constantes de fuerza son iguales
Energ铆as de disociaci贸n de los estados electr贸nicos implicados en una transici贸n vibr贸nica de la mol茅cula de O2
Energ铆as de disociaci贸n de los estados electr贸nicos fundamental y primero excitado de la mol茅cula de I2
Energ铆as de disociaci贸n de los estados fundamental y excitado de la mol茅cula de I2
Relaci贸n entre las distancias de equilibrio de dos estados electr贸nicos
Determinaci贸n de las constantes espectrosc贸picas rotacionales de dos estados electr贸nicos a partir de la estructura fina rotacional
Determinaci贸n del origen de una banda vibr贸nica a partir de la estructura fina rotacional
Constantes espectrosc贸picas rotacionales de dos estados electr贸nicos de la mol茅cula de CuH
Cabeza de una banda vibr贸nica de la mol茅cula de Cu2


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Atentamente,
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