En la sociedad actual, el hidrógeno puede ser muy importante debido a que representa una fuente de energía alternativa, con el potencial para reducir la dependencia de fuentes de energía actual, como el petróleo. Esto puede promover la reducción de las emisiones de gases y disminuir el efecto invernadero. Sin embargo, el hidrógeno molecular no está disponible en la Tierra en forma pura, por lo que se tiene que producir por diversos métodos. Uno de los métodos que se cree se puede utilizar, es el rompimiento fotocatalítico del agua. Esta es una de las reacciones más importantes para los seres vivos y ocurre naturalmente durante el proceso de la fotosíntesis. Representa una de las maneras más prometedoras para la conversión fotoquímica y almacenamiento de energía solar y es el punto de partida para una generación sustentable de hidrógeno y posiblemente para el desarrollo sustentable de la especie humana.
La fotosíntesis consiste en la absorción de luz, agua y CO2, para generar alimento para el crecimiento y sobrevivencia de las plantas. Con este propósito, las plantas emplean dos complejos proteínicos, que se encuentran en la membrana tilacoidal: el Fotosistema I (FSI) y el Fotosistema II (FSII). En el FSII la energía solar divide dos moléculas de agua en cuatro iones hidrónio (H+), cuatro electrones y una molécula de oxígeno (O2). La formación de O2 en el FSII se realiza en el complejo oxigénico (OEC). Esta consiste en un clúster metálico de una estructura conectada mediante oxígenos, y con cuatro átomos de Manganeso y un átomo de Calcio. Actualmente, la fotosíntesis artificial es una tarea importante a realizar en el planeta. Sin embargo, la producción de hidrógeno a través de la conversión directa de la energía solar en energía química, es un reto que permanece abordado de manera limitada. Para la imitación de un sistema de fotosíntesis artificial, es necesario comprender estructural y funcionalmente el sistema natural, y del proceso del rompimiento del agua, en particular, en el complejo generador de oxigeno. El propósito del presente trabajo es mediante la evaluación de la estabilidad de complejos Manganeso(II) y calcio(II) con 2,2’-bipiridina y 1,10-fenantrolina, evaluar el comportamiento, la estabilidad y transferencia de carga de estos, así como comparar espectralmente con el clúster Manganeso-Calcio y con el espectro electrónico del complejo [Ru(bipy)3]2+, el cual ha sido utilizado en sistemas de fotosíntesis artificial.
Inhaltsverzeichnis (Tabla de Contenidos)
- Introducción
- Capítulo 1: Generalidades
- Objetivo general
- Objetivos específicos
- Justificación
- Capítulo 2: Marco teórico
- El hidrógeno como fuente de energía
- Fotosíntesis
- La disociación fotocatalítica del agua en el complejo generador de oxígeno (OEC)
- Estructura tridimensional del OEC
- Importancia del Calcio en el OEC
- Mecanismo de oxidación del agua y la importancia del Manganeso
- Cambios en el espectro electrónico asociados con las transiciones de los estados S y la oxidación de los átomos Manganeso
- Fotosíntesis artificial
- Complejos metálicos
- Número de coordinación y ligantes
- Enlace de coordinación
- Geometría de los complejos metálicos
- Estabilidad de los compuestos de coordinación
- Constante de estabilidad
- Importancia de los metales en sistemas biológicos
- Coordinación de complejos de Ca
- Complejos de coordinación de Manganeso(II)
- Capítulo 3: Metodología
- Metodología general
- Mediciones físicas
- Estudios de equilibrio para el sistema Calcio(II)-2,2'Bipiridina
- Estudios de equilibrio de Calcio(II)-1,10-fenantrolina
- Estudios de equilibrio de Manganeso(II)- 2'2-Bipiridina
- Estudios de equilibrio de Manganeso(II)-1,10-Fenantrolina
- Metodología general
- Capítulo 4: Resultados
- Capítulo 5: Discusión de Resultados
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objetivos y Temas Principales)
Este trabajo tiene como objetivo principal investigar la formación y caracterización de complejos de coordinación de manganeso(II) y calcio(II) con 2,2'-bipiridina y 1,10-fenantrolina, explorando su potencial aplicación en sistemas de fotosíntesis artificial. Se busca contribuir a la comprensión de los procesos de oxidación del agua y la fotocatálisis, inspirándose en los mecanismos biológicos.
- Síntesis y caracterización de complejos de coordinación de Mn(II) y Ca(II).
- Estudio de la estabilidad de los complejos formados.
- Análisis de las propiedades espectroscópicas de los complejos.
- Exploración del potencial de estos complejos en la fotosíntesis artificial.
- Relación entre la estructura y la función de los complejos en sistemas modelo.
Zusammenfassung der Kapitel (Resumen de los Capítulos)
Capítulo 1: Generalidades: Este capítulo presenta el objetivo general del estudio, que es investigar la formación y caracterización de complejos de coordinación de manganeso(II) y calcio(II) con 2,2'-bipiridina y 1,10-fenantrolina, así como sus posibles aplicaciones en la fotosíntesis artificial. Define los objetivos específicos, como la determinación de las constantes de formación de los complejos y el análisis de sus propiedades espectroscópicas. Finalmente, justifica la importancia de la investigación, destacando la necesidad de desarrollar sistemas de fotosíntesis artificial eficientes y sostenibles para la producción de energía.
Capítulo 2: Marco teórico: Este capítulo proporciona el marco teórico necesario para comprender la investigación. Se explora el hidrógeno como fuente de energía, detallando el proceso de la fotosíntesis y su mecanismo de oxidación del agua, incluyendo la función crucial del manganeso y el calcio en el complejo generador de oxígeno (OEC). Se describen la estructura y función del OEC y se presenta la fotosíntesis artificial como una alternativa prometedora a los métodos tradicionales de producción de energía. Además, se profundiza en los complejos metálicos, su número de coordinación, enlace, geometría y estabilidad, así como la importancia de los metales en sistemas biológicos, en particular, los complejos de calcio y manganeso.
Capítulo 3: Metodología: Este capítulo describe en detalle la metodología empleada en la investigación. Se expone la metodología general, incluyendo las mediciones físicas y los estudios de equilibrio para los sistemas Calcio(II)-2,2'-bipiridina, Calcio(II)-1,10-fenantrolina, Manganeso(II)-2,2'-bipiridina y Manganeso(II)-1,10-fenantrolina. Se describen los métodos utilizados para determinar las constantes de formación de los complejos y analizar sus propiedades espectroscópicas.
Capítulo 4: Resultados: Este capítulo presenta los resultados obtenidos en la investigación. Se muestran las constantes de formación de los complejos de calcio(II) y manganeso(II) con 2,2'-bipiridina y 1,10-fenantrolina. Se incluyen las curvas de formación de los complejos, mostrando la dependencia de la formación del complejo con la concentración de los reactivos. Los resultados se presentan en forma de tablas y gráficos, ofreciendo una representación visual de los datos.
Capítulo 5: Discusión de Resultados: Este capítulo analiza e interpreta los resultados obtenidos en el capítulo 4. Se discuten las constantes de formación de los complejos y cómo estos valores se relacionan con la estructura y propiedades de los ligandos. Se analiza la influencia de diferentes factores en la estabilidad de los complejos. Se comparan los resultados obtenidos con datos de la literatura.
Schlüsselwörter (Palabras clave)
Complejos de coordinación, Manganeso(II), Calcio(II), 2,2'-bipiridina, 1,10-fenantrolina, Fotosíntesis artificial, Oxidación del agua, Fotocatálisis, Espectroscopia, Constante de estabilidad.
Preguntas Frecuentes sobre el Trabajo de Investigación: Complejos de Coordinación de Mn(II) y Ca(II)
¿De qué trata este trabajo de investigación?
Este trabajo de investigación se centra en la formación y caracterización de complejos de coordinación de manganeso(II) y calcio(II) con 2,2'-bipiridina y 1,10-fenantrolina, explorando su potencial aplicación en sistemas de fotosíntesis artificial. Busca comprender mejor los procesos de oxidación del agua y la fotocatálisis, inspirándose en los mecanismos biológicos.
¿Cuáles son los objetivos principales del estudio?
El objetivo principal es investigar la formación y caracterización de los complejos mencionados. Los objetivos específicos incluyen la determinación de las constantes de formación de los complejos y el análisis de sus propiedades espectroscópicas, con miras a su posible aplicación en la fotosíntesis artificial.
¿Qué temas se abordan en el marco teórico?
El marco teórico cubre el hidrógeno como fuente de energía, la fotosíntesis (con énfasis en la disociación fotocatalítica del agua, la estructura del OEC, y el rol del manganeso y el calcio), la fotosíntesis artificial, y los complejos metálicos (número de coordinación, enlace, geometría, estabilidad y su importancia en sistemas biológicos).
¿Qué metodología se empleó en la investigación?
La metodología incluyó mediciones físicas y estudios de equilibrio para los sistemas Calcio(II)-2,2'-bipiridina, Calcio(II)-1,10-fenantrolina, Manganeso(II)-2,2'-bipiridina y Manganeso(II)-1,10-fenantrolina. Se utilizaron métodos para determinar las constantes de formación de los complejos y analizar sus propiedades espectroscópicas.
¿Cómo se presentan los resultados?
Los resultados se presentan en forma de tablas y gráficos, mostrando las constantes de formación de los complejos y las curvas de formación, que ilustran la dependencia de la formación del complejo con la concentración de los reactivos.
¿Qué se discute en la sección de discusión de resultados?
La discusión de los resultados analiza las constantes de formación de los complejos, su relación con la estructura y propiedades de los ligandos, la influencia de factores en la estabilidad de los complejos, y compara los resultados con datos de la literatura.
¿Cuáles son las palabras clave del trabajo?
Las palabras clave son: Complejos de coordinación, Manganeso(II), Calcio(II), 2,2'-bipiridina, 1,10-fenantrolina, Fotosíntesis artificial, Oxidación del agua, Fotocatálisis, Espectroscopia, Constante de estabilidad.
¿Qué capítulos incluye el trabajo?
El trabajo incluye una introducción, un capítulo de generalidades (con objetivos y justificación), un capítulo de marco teórico, un capítulo de metodología, un capítulo de resultados y un capítulo de discusión de resultados.
¿Cuál es la importancia de este trabajo?
La importancia radica en la búsqueda de sistemas de fotosíntesis artificial eficientes y sostenibles para la producción de energía, contribuyendo a la comprensión de los procesos de oxidación del agua y la fotocatálisis a través del estudio de complejos metálicos relevantes para estos procesos biológicos.
- Citation du texte
- José de Jesús Nezahualcóyotl Segoviano-Garfias (Auteur), María de la Luz Pérez-Arredondo (Auteur), Jacqueline González-González (Auteur), 2016, Compuestos de Coordinación de Manganeso(II) y Calcio(II) con 2,2’-Bipiridina y 1,10-Fenantrolina para su Uso Potencial en Sistemas de Fotosíntesis Artificial, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/337241
