ABSORCIÓN Y EMISIÓN DE FOTONES
La energía radiante absorbida por un sistema material puede provocar transiciones entre los estados cuánticos de este sistema.
Vamos a denominar absorción el proceso en el cual radiación electromagnética de cierta frecuencia interacciona con la materia promoviendo el pasaje de electrones de un estado basal a otro de mayor energía. En cambio, denominamos emisión al proceso de desexcitación de un electrón, que pasa de un estado de mayor energía a otro de menor energía, emitiendo esta diferencia de energía en forma de fotón. Estudiar cómo un sistema material responde a la absorción de fotones, o cómo los emite, puede darnos información sobre dicho sistema. Las técnicas que se basan en este principio se conocen como espectroscopias.
La complejidad de las moléculas hará que los espectros generados por moléculas no tengan líneas claras, sino más bien bandas. Muchos saltos con niveles de energía muy cercanos ocurren en las moléculas. Los fotones involucrados en estas transiciones tienen energías que son tan cercanas, que no se pueden discriminar unos de otros. Este aparente continuo de transiciones energéticas se observa como espectro de banda.
- Espectroscopio de Kirchoff y Bunsen: El espectroscopio consta de tres partes centrales: prisma, colimador y ocular. La fuente de luz se coloca frente al colimador. Este dispositivo posee una ranura de entrada de luz, que permite que el haz luminoso se dirija hacia el prisma en forma de haz discreto. Una vez en el prisma, la luz se refracta y se separan las radiaciones de distinta longitud de onda. Esto se aprecia al observar por el ocular. Si, por ejemplo, la fuente de luz es una lámpara de tungsteno (luz blanca), a través del ocular veríamos el espectro visible descompuesto desde el rojo hasta el violeta. En cambio, si ponemos una lámpara de sodio en frente del colimador, a través del ocular veríamos líneas en la zona del naranja.
ESPECTROSCOPÍAS
Técnicas que permiten el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, con absorción o emisión de energía radiante. La materia transita de un estado relajado a un estado excitado y luego retorna al estado basal relajado. En esos procesos se absorbe o emite energía. Conocer qué tipo de energía se absorbe o se emite y cuántos fotones están involucrados en estas transiciones, da idea de qué tipos de moléculas, y en qué cantidad, están interactuando con la radiación.
- Espectroscopía de absorción atómica: Técnica que permite cuantificar con mucha sensibilidad (partes por millón) la concentración de un determinado átomo en una muestra. Esta técnica se basa en irradiar la muestra con luz emitida por el mismo átomo que se desea cuantificar.
- Fotometria de llama: Método de gran utilidad para la cuantificación de cationes metálicos en fluidos biológicos. Ya sabemos que el conjunto de radiaciones emitidas por un elemento constituye un espectro de emisión y es característico de cada uno. Si se puede aislar una de estas longitudes de onda, su intensidad estará relacionada con la cantidad de átomos excitados presentes. Si suponemos que la proporción de átomos excitados en una muestra es siempre la misma, podremos establecer una relación entre la concentración de dicho átomo en la muestra y la cantidad de átomos excitados.
- Espectrofotometría UV-visible: Técnicas en las que se aprovecha la absorción de radiación electromagnética en la zona del ultravioleta y visible del espectro para moléculas. En esta técnica se mide la cantidad y tipo de luz absorbida por una molécula determinada. Es una técnica de absorción molecular. Cuando las moléculas son irradiadas con luz correspondiente a las zonas UV o visible del espectro electromagnético pueden o no absorber esta radiación. La absorción de las radiaciones ultravioletas o visibles dependerá de la estructura química de cada molécula. Esta radiación, o energía absorbida, promueve la transición de los electrones de las moléculas a analizar a un estado excitado. Los electrones que hayan alcanzado un estado excitado volverán al estado basal, pero en este caso, sin emitir radiación electromagnética, sino emitiendo calor. Así, en la espectrofotometría, lo que se aprovecha es el resultado de la absorción de luz a partir de analizar, en lugar de los fotones absorbidos, los fotones transmitidos.
- Espectroscopía de emisión molecular (Fluorescencia y fosforescencia):
- Fluorescencia: Un electrón de la sustancia fluorescente en cuestión absorbe un fotón, promoviéndose así a un nivel energético superior. Luego, ocurre un proceso denominado relajación vibracional, en el que el electrón pasa de un mayor subnivel energético a otro menor. Esta pérdida de energía se da en forma de calor y no de luz, es decir, es un proceso no radiativo. Finalmente, el electrón se desexcita y retorna al nivel energético original emitiendo un fotón.
- Fosforescencia: El electrón atraviesa un proceso denominado cruzamiento entre sistemas, por el cual pasa de estado singulete a triplete antes de desexcitarse. En consecuencia, el fenómeno de fosforescencia es más lento que el de fluorescencia.
LOS COLORES
Los factores que determinan el color de las cosas son:
- La composición fisicoquímica del objeto
- La composición de la luz incidente sobre el objeto
Los siguientes esquemas muestran lo que se conoce como "colores primarios" tanto para tintas como para luces:
