La mayor parte de lo que sabemos sobre la estructura de los átomos y las moléculas proviene del estudio de su interacción con la luz (radiación electromagnética). Las diferentes regiones del espectro electromagnético proporcionan diferentes tipos de información como resultado de tales interacciones. Al darse cuenta de que se puede considerar que la luz tiene características de onda y de partícula, es útil considerar que una frecuencia o longitud de onda de luz dada está asociada con una “cantidad de luz” de energía que ahora llamamos un fotón . Como se observa en las siguientes ecuaciones, la frecuencia y la energía cambian proporcionalmente, pero la longitud de onda tiene una relación inversa con estas cantidades. 
Para “ver” una molécula, debemos usar luz que tenga una longitud de onda más pequeña que la propia molécula (aproximadamente 1 a 15 unidades angstrom). Dicha radiación se encuentra en la región de rayos X del espectro, y el campo de la cristalografía de rayos X produce imágenes notablemente detalladas de estructuras moleculares susceptibles de examen. El principal factor limitante aquí es la necesidad de cristales de alta calidad del compuesto que se está estudiando. Los métodos de cristalografía de rayos X son demasiado complejos para ser descritos aquí; sin embargo, a medida que mejoren las técnicas automáticas de instrumentación y manejo de datos, sin duda demostrará ser el procedimiento de elección para la determinación de la estructura.
Las técnicas espectroscópicas que se describen a continuación no proporcionan una imagen tridimensional de una molécula, sino que proporcionan información sobre ciertos rasgos característicos. A continuación se presenta un breve resumen de esta información:
• Espectrometría de masas : las moléculas de muestra son ionizadas por electrones de alta energía. La relación masa / carga de estos iones se mide con mucha precisión mediante la aceleración electrostática y la perturbación del campo magnético, lo que proporciona un peso molecular preciso. Los patrones de fragmentación iónica pueden estar relacionados con la estructura del ion molecular.
• Espectroscopía ultravioleta-visible : la absorción de esta luz de relativamente alta energía provoca excitación electrónica. La parte fácilmente accesible de esta región (longitudes de onda de 200 a 800 nm) muestra absorción solo si hay sistemas conjugados de electrones pi.
• Espectroscopía infrarroja : la absorción de esta radiación de baja energía causa excitación vibratoria y rotacional de grupos de átomos. dentro de la molécula Debido a sus características de absorción, la identificación de grupos funcionales se realiza fácilmente.
• Espectroscopía de resonancia magnética nuclear : la absorción en la parte del espectro de radiofrecuencia de baja energía provoca la excitación de los estados de espín nuclear. Los espectrómetros de RMN están sintonizados a ciertos núcleos (por ejemplo, 1H, 13C, 19F y 31P). Para un tipo dado de núcleo, la espectroscopía de alta resolución distingue y cuenta los átomos en diferentes ubicaciones de la molécula.
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