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  • Semana de la Ciencia 2016

    La XVI Semana de la Ciencia de Madrid abre sus puertas el 7 de Noviembre de 2016. Entre las actividades programadas, el taller Luz, materia, color: ¡Aprendamos Fotoquímica! tratará de mostrar los beneficios que la sociedad puede obtener a partir de la interacción de la luz con las moléculas. Las reservas comienzan el 24 de Octubre

  • VII Noche de los Investigadores

    El próximo 30 de Septiembre se celebra la VII Noche Europea de los investigadores. Consulta las actividades que se organizan en Madrid, entre las que destaca "Nanobalones de fútbol contra el virus del ébola", que se celebrará en la Facultad de CC. Químicas de la UCM.

La emisión de luz (Semana de la Ciencia Parte III de V)

Ya se ha visto en el apartado anterior que la interacción materia radiación es la base para que las moléculas absorban luz y sus electrones promocionen desde el nivel fundamental a un nivel excitado. Si la luz que se absorbe forma parte de la región visible del espectro electromagnético, entonces se produce la aparición de color. La cuestión que surge es: ¿qué ocurre con los electrones excitados? ¿Permanecen indefinidamente así?


Las moléculas, al igual que nuestro organismo, tienden a estar de forma natural en su estado de mínima energía. Por ejemplo, podemos correr 50 metros para no perder un autobús y seguramente cuando lo alcancemos y podamos subir nos percataremos de que respiramos con mayor frecuencia y nuestro corazón late más rápido. Pero poco a poco el organismo recupera su estado normal previo a hacer el esfuerzo. Algo similar ocurre con las moléculas cuando sus electrones son excitados a un nivel superior de energía. Pueden permanecer un cierto tiempo en ese estado excitado, pero rápidamente decaen al estado fundamental. El aspecto interesante es que el camino de regreso puede ocurrir por varias vías, y de cada una de ellas la Fotoquímica puede extraer provecho.
En este apartado se explicará la desactivación de los estados excitados por emisión de luz. Del mismo modo que la absorción de luz puede producir el tránsito de un nivel de menor energía a otro de mayor energía, también puede ocurrir el camino inverso por el que se emita un fotón de energía correspondiente a la diferencia entre los dos niveles involucrados. Para ser rigurosos, hay que decir que no todos los niveles electrónicos son iguales, y que estas diferencias influyen a la hora de que se produzcan los tránsitos. Los electrones que forman parte de los átomos o que se comparten en las moléculas para formar los enlaces se caracterizan por tener spin, un número cuántico que controla la rotación de los electrones sobre su propio eje. En los electrones, este número de spin puede tener un valor de +1/2 o de -1/2, según el sentido de rotación. Los enlaces covalentes, que son los que nos podemos encontrar en las moléculas orgánicas, se forman por la compartición de electrones con spines contrarios. Por ello, lo normal es que una molécula orgánica en su nivel fundamental tenga todos sus electrones con los spines apareados, en cuyo caso se dice que la molécula está en un estado singlete. Ahora bien, al excitar la molécula, el electrón es promocionado a un nivel superior de energía. En esta situación, cuando el electrón está solo en el nivel excitado de energía, sin enfrentarse a otro electrón, tiene libertad para orientar su spin. Si mantiene la orientación que tenía en el nivel fundamental, la molécula seguirá estando en un estado singlete, aunque excitado (Figura 21 central). Si, por el contrario, el electrón cambia su orientación, se dice que la molécula se encuentra en un estado excitado triplete (Figura 21 derecha).

Figura 21. Configuración electrónica de una molécula en su estado singlete fundamental (izquierda),
singlete excitado (centro) y triplete excitado (derecha). (Fuente: Elaboración propia)

Al proceso por el que una molécula en un estado excitado singlete se desactiva por emisión de luz al estado fundamental singlete se le conoce como fluorescencia y forma parte de los llamados procesos luminiscentes, aquellos en los que se libera luz.
La primera observación de la fluorescencia se debió a los españoles Bernardino de Sahagún en 1560 y Nicolás Monardes en 1565, quienes notaron que las infusiones preparadas con la corteza de unos árboles procedentes de América emitían luz. (VER EXPERIMENTO EN ESTE ENLACE)

La fluorescencia es un proceso de elevadísima importancia y con el que convivimos y obtenemos beneficio todos los días, ya que los tubos fluorescentes deben su funcionamiento a este proceso.
De forma esquemática, los fluorescentes suelen constar de un tubo recubierto en su capa interna por una capa de fósforo y en cuyos extremos se encuentran dos electrodos. Cuando se establece una diferencia de potencial entre los extremos del tubo, los electrones viajan a grandes velocidades de un electrodo a otro. Sin embargo, en su camino los electrones colisionan violentamente con átomos de mercurio presentes en el interior del tubo, de manera que los excitan. Los átomos de mercurio excitados se relajan emitiendo luz ultravioleta. Esta luz ultravioleta es la encargada de excitar a los átomos del recubrimiento de fósforo, los cuales, al relajarse, lo hacen emitiendo en todo el espectro visible, de ahí que la luz obtenida sea blanca (Figura 22).

Figura 22. Esquema gráfico sobre el funcionamiento de un tubo fluorescente.
(Fuente: Luz fluorescente | Luis María Benítez | Wikimedia)

Como se ha comentado anteriormente, la fluorescencia no es más que un tipo de proceso luminiscente. Otro ejemplo de este tipo de procesos es la quimioluminiscencia, es decir, reacciones químicas en las que se emite luz. El fundamento de estas reacciones es que la combinación de dos reactivos da lugar a un producto en un estado electrónico excitado, que al pasar a su estado fundamental de energía emite luz (Figura 23).

Figura 23. Esquema de una reacción quimioluminiscente. (Fuente: Elaboración propia)


Una de las reacciones quimioluminiscentes más útiles es la oxidación del luminol (Figura 24) con agua oxigenada y catalizada por hierro (Figura 25). Esta reacción es empleada en investigaciones forenses para la detección de sangre, ya que la hemoglobina de la sangre contiene hierro que puede catalizar la reacción.

Figura 24. Luminol.
(Fuente: Elaboración propia)

Figura 25. Quimiolumiscencia en la oxidación del luminol.
(Fuente: Luminol 2006 | David Mülheims | Wikimedia)















Igualmente hay que destacar la biolumiscencia, que también se trata de una reacción química, pero que tiene lugar en organismos vivos. El mejor ejemplo lo constituye la oxidación de la luciferina  catalizada por la enzima luciferasa, proceso que es empleado por las luciérnagas.

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