Espectroscopía Molecular: Preguntas y Respuestas

1. Anchura de Línea Espectral

Como bien sabe, las líneas de un espectro se caracterizan, además de por su frecuencia e intensidad, por su anchura. ¿Cuál de las afirmaciones considera válida?:

• La anchura media natural de la banda (debida al principio de Incertidumbre de Heisenberg) depende de la frecuencia de la misma, ν. La dependencia con ν es responsable de que esta magnitud sea mayor para los espectros de rotación que los electrónicos.
• La indeterminación de frecuencia por presión es directamente proporcional a la presión e inversamente proporcional a la raíz de T, siendo T la temperatura a la que se realiza el espectro.
• La anchura media de la frecuencia por efecto Doppler es directamente proporcional a la raíz de T e inversamente proporcional a la frecuencia del centro de la banda.
• No existe ensanchamiento por efecto Doppler; es máximo cuando las moléculas se mueven en dirección perpendicular a la propagación de la radiación.

2. Espectroscopía y Propiedades Moleculares

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?

• A medida que el número cuántico rotacional J crece, el espaciado entre niveles rotacionales adyacentes de una molécula diatómica crece.
• Un fotón UV tiene mayor energía que un fotón IR.
• Exponiendo una molécula en el estado n a una radiación electromagnética de frecuencia ν = (E_n – E_m) se incrementará la probabilidad de que la molécula tenga una transición hasta el estado de menor energía m con la emisión de un fotón de frecuencia ν.
• Todas son correctas.

3. Espectro de Microondas del 1H35Cl

Las líneas que parten de los niveles de rotación J=2 y J=3 muestran la misma intensidad en el espectro de microondas del 1H35Cl. Sabiendo que la constante rotacional del 1H35Cl es 10,6 cm^-1, determinar la temperatura a la que se hizo el espectro: 272,1 K.

4. Longitud de Enlace del H35Cl

El espaciado entre líneas sucesivas en el espectro de microondas del H35Cl es 6,350 × 10¹¹ Hz. La longitud de enlace del H35Cl es aproximadamente: 1,28 Å.

5. Espectro de Rotación del 13C16O

En el espectro de rotación pura de la molécula de 12C16O, la separación media de las líneas es de 3.84 cm^-1. Esta separación para la molécula de 13C16O debe ser aproximadamente: 3.67 cm^-1

6. Espectro de Rotación de Isótopos

En el espectro de rotación pura de una mezcla de los isótopos 12C16O y 13C16O, la separación media entre parejas de líneas correspondientes a una misma transición para cada isótopo (mismo valor de J):

• aumenta linealmente con J.
• disminuye linealmente con J
• aumenta proporcionalmente con J².
• depende de la población de los correspondientes niveles de rotación de partida.

7. Transición Rotacional del D19F

La línea correspondiente a la transición J = 2 → J = 3 del espectro de rotación pura del fluoruro de deuterio (D¹⁹F) se ha medido en infrarrojo cercano a 65 cm^-1. La misma transición, para la molécula de fluoruro de hidrógeno (H¹⁹F) debe dar lugar a una línea situada aproximadamente en: 124 cm^-1.

8. Espectro de Microondas del Amoniaco

Considerando válido el modelo del rotor rígido, en el espectro de microondas del amoniaco, la transición J=2 a J=3 dará lugar a:

• una sola línea situada a una frecuencia algo menor que 6B
• una sola línea situada a una frecuencia igual a 6B
• tres líneas situadas a una frecuencia algo menor que 6B
• ninguna respuesta es correcta

9. Línea de Rotación de Máxima Intensidad del CO

La separación media entre líneas consecutivas del espectro de microondas del CO es de 115.270 MHz. A la temperatura de 300 K, el valor de J correspondiente a la línea de rotación de máxima intensidad será: 7

10. Efecto de Distorsión Centrífuga

Teniendo en cuenta la distorsión centrífuga, en el espectro de microondas del fluoruro de metilo, la transición J=3 a J=4 dará lugar a:

• una sola línea situada a una frecuencia algo menor que 8B
• cuatro líneas situadas a frecuencias algo menores de 8B
• siete líneas
• ninguna respuesta es correcta

11. Población de Niveles Vibracionales del I₂

La frecuencia de la banda fundamental de vibración de la molécula de I₂ es de 213.4 cm^-1. Con este dato, puede deducirse que a 25 °C, la población de los niveles de vibración v=1 y v=0 responden a una relación aproximada de: 36/100.

12. Separación entre Bandas de Vibración

En el espectro IR de una molécula diatómica, la separación entre la banda fundamental de vibración y la 1ª banda caliente vale:

• 0
• 2ν_e
• 4ν_e.
• ν_e – 2ν_e.

13. Modelo del Oscilador Armónico

De las siguientes proposiciones, referentes a la vibración de una molécula diatómica, admitiendo que se cumple el modelo del oscilador armónico, señale la afirmación que considere incorrecta:

• Los niveles de energía son equidistantes entre sí.
• La frecuencia fundamental de vibración varía al realizar las sustituciones isotópicas en la molécula.
• Todas las transiciones permitidas aparecen superpuestas en el espectro IR.
• El modelo predice que la molécula se disocia en los niveles altos de vibración.

14. Diferencia de Energía entre Niveles Vibracionales

En el espectro IR de una molécula diatómica, se han medido las siguientes bandas de vibración (en cm^-1): 2143, 4260, 6350 y 8414. La primera es intensa y las restantes son de menor intensidad y decreciente. ¿Cuál es la diferencia de energía entre los niveles vibracionales 1 y 4? 1.24 × 10^-19 J.

15. Banda Fundamental de Vibración del 2H35Cl

Del análisis del espectro IR del 1H³⁵Cl, se ha podido determinar el centro de la banda fundamental de vibración de la molécula, que es ν₀ = 2886.01 cm^-1, así como la constante ν_e = 2990.53 cm^-1. Obtenga la banda fundamental de vibración para la molécula de 2H³⁵Cl lo más exactamente posible con los datos que dispone: 2069 cm^-1

16. Convergencia de Líneas en el Espectro IR

En el espectro IR de vibración-rotación de una molécula diatómica, las líneas de la rama R convergen a la frecuencia fundamental más deprisa que en el espectro de rotación pura. Esto se debe a que:

• el efecto de anarmonicidad hace converger los niveles de vibración.
• la distancia internuclear media es mayor en los estados excitados de vibración.
• el término de energía debido al rotor rígido depende, además del número cuántico J, del estado vibracional en que nos encontremos.
• dos de las respuestas anteriores son ciertas.

17. Moléculas con Espectro de Vibración-Rotación

De las siguientes moléculas: H₂, N₂, H₂O, NH₃, CO₂, CH₄ y C₆H₆, las que pueden dar espectro de vibración-rotación en la región IR son: solo las moléculas de H₂O, NH₃, CO₂, CH₄ y C₆H₆.

18. Análisis Espectral de la Atmósfera de un Planeta

En los espectros IR registrados en el laboratorio (a 25 °C) de la banda fundamental de vibración-rotación del CO, se encuentra que el máximo de la intensidad de la rama P corresponde a J=7. Cuando se estudia espectroscópicamente la luz IR procedente de un planeta, se encuentra esta misma banda, pero el máximo de intensidad de la rama P aparece ahora a J=12. De aquí se podría deducir que:

• la concentración de CO es mayor en la atmósfera del planeta que en la terrestre.
• en la atmósfera de dicho planeta, sin duda, hay más CO que CO₂.
• la temperatura media de la atmósfera del planeta probablemente es superior a 25 °C.
• la atmósfera de dicho planeta contiene un isótopo más pesado del CO.

19. Constantes Moleculares y Sustitución Isotópica

De las siguientes constantes moleculares de una molécula diatómica cuyo significado conoce: ν_e (frecuencia de vibración armónica), x_e (constante de anarmonicidad), r_e (distancia internuclear de equilibrio), B_e (constante rotacional a r_e), k_e (constante de fuerza armónica) y D_e (energía de disociación espectroscópica). ¿Cuáles prácticamente se mantienen constantes con la sustitución isotópica? r_e, k_e y x_e.

20. Frecuencia de Vibración del HCN

La frecuencia fundamental de vibración de una molécula diatómica homonuclear, deducida de su espectro de Raman, es de 213.4 cm^-1. La molécula en el nivel de vibración más bajo vibra con una frecuencia aproximada de: 6.4 × 10¹² Hz

21. Actividad Vibracional del HCN

Para la molécula de HCN, ¿qué afirmaciones son ciertas?

• Todas las vibraciones normales son activas en IR.
• No todas las vibraciones normales son activas en Raman de vibración.
• No todas las vibraciones normales son activas en IR.
• Dos de las afirmaciones anteriores son ciertas.

22. Espectro IR de una Molécula Triatómica Lineal Simétrica

En el espectro IR de una molécula triatómica lineal simétrica, se han medido las frecuencias a las que aparecen los máximos de las ramas P y R correspondientes a una vibración paralela activa, a partir de las cuales podremos estimar, de manera aproximada:

• El momento de inercia de la molécula.
• La distancia internuclear.
• La constante de anarmonicidad.
• Dos respuestas son correctas.

23. Desplazamiento Raman del 1H2H

En el espectro Raman del hidrógeno, H₂, el centro de la banda fundamental de vibración aparece a 4161 cm^-1 de la línea excitatriz. El desplazamiento Raman del centro de la banda correspondiente a la molécula de ¹H²H debe aparecer aproximadamente a: 3600 cm^-1.

24. Línea Stokes del 2D35Cl

En el espectro Raman del 1H³⁵Cl realizado con poca resolución, se aprecia una línea Stokes correspondiente a la banda fundamental de vibración a 498.5 nm. Si la frecuencia fundamental de vibración del 1H³⁵Cl obtenida del análisis del espectro IR es 2885.5 cm^-1, suponiendo válido el modelo del oscilador armónico, la línea Stokes correspondiente a la banda fundamental de vibración del ²D³⁵Cl aparecerá aproximadamente a: 20060 cm^-1.

25. Actividad Vibracional de una Molécula Triatómica Lineal No Simétrica

Para una triatómica lineal no simétrica, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es cierta?

• No todas las vibraciones normales son activas en Raman de vibración.
• No todas las vibraciones normales son activas en IR.
• Todas las vibraciones normales son activas en IR.
• Ninguna de las vibraciones normales son activas en IR.

26. Dispersión Raman de Rotación en Moléculas Tromposimétricas

Considere la dispersión Raman de rotación en el caso de moléculas poliatómicas tromposimétricas. De acuerdo con las reglas de selección, hay dos posibilidades, que dan origen a dos series de rayas superpuestas, la rama R con ΔJ = ±1 y la rama S con ΔJ = ±2. ¿Cuál sería la separación entre rayas de la serie R y S correspondientes a transiciones con el mismo valor de J de partida?

• 2B(J+2).
• 4B(J+1).
• B(4J+6).
• 2B(J+1).

27. Afirmaciones sobre Espectroscopía

Indicar cuáles de las respuestas son verdaderas:

• Las frecuencias a las que aparecen las bandas de rotación en microondas no dependen de la temperatura.
• Las intensidades de las líneas Stokes y Anti-Stokes del espectro Raman correspondientes a transiciones rotacionales son aproximadamente iguales.
• Las intensidades de las líneas Stokes y Anti-Stokes del espectro Raman correspondientes a la transición fundamental de vibración son aproximadamente iguales y equidistantes de la frecuencia de excitación.
• Dos de las respuestas anteriores son correctas.

28. Desplazamiento Raman en Moléculas Tromposimétricas

Considere la dispersión Raman de rotación en el caso de moléculas poliatómicas tromposimétricas. De acuerdo con las reglas de selección, hay dos posibilidades, que dan origen a dos series de rayas superpuestas, la rama R con ΔJ = ±1 y la rama S con ΔJ = ±2. ¿Cuál sería el desplazamiento Raman de la 1ª raya de cada una de las series?

4B para la rama R y 6B para la rama S.

29. Bandas de Absorción en el Espectro IR

En el espectro IR de una molécula triatómica, se puede apreciar con claridad la existencia de dos bandas de absorción que presentan contorno PR. Dicha molécula debe ser:

• Lineal simétrica
• Lineal no simétrica
• No lineal simétrica
• No lineal no simétrica