Química

Fundamentos Básicos de la Fotoquímica

Publicado por Mónica González

Cuando rayos de luz se encuentran en un compuesto, la luz podrá ser transmitida, absorbida o reflejada. Algunos compuestos pueden absorber ciertos rayos de luz (energía) pero pueden ser completamente transparentes a otros.

Sin embargo, un cambio químico puede ocurrir simplemente por la luz absorbida.

El hecho es que esta luz es una energía y podemos verificar esto simplemente observando la emitida por el sol y su efecto sobre diversos cuerpos, por ejemplo.

Muchas teorías han sido elaboradas por diversos científicos dando origen a la mecánica cuántica u ondulatoria para explicar los fenómenos relacionados con la luz, de la mecánica de los átomos y de los sistemas nucleares.

Se desarrolló la física clásica, particularmente de la mecánica Newtoniana y de la teoría electromagnética de Maxwell, pasando por las teorías de Planck (1900), Einstein (1905), Bohr (1913), de De Broglie (1924), Pauli (1924), Heisenberg (1925), Schrödinger (1926), Dirac (1926).

En el siglo XVII, dos conceptos sobre la luz fueron elaborados. Newton consideró la luz como un conjunto de corpúsculos de masa definida, cuyo movimiento es definido en términos de energía y movimiento. Huygens describió la luz como siendo una onda de luz que se propaga de manera rectilínea para explicar los fenómenos de refracción y reflexión de la luz. Esto dio origen a lo que se llamó “teoría ondulatoria”

En el siglo XIX, Maxwell presentó su teoría electromagnética de la luz, demostrando que la luz se propagaba transversalmente y siendo de naturaleza electromagnética no necesitaba de un medio propagador.

El hecho de que la luz se propaga por el espacio, es debido a la propiedad intrínseca ofrecida al medio. La propagación de la luz como ondas electromagnéticas fue explicada por Hertz.

Maxwell estudió la teoría ondulatoria y posibilito a través de su teoría electromagnética de la luz, describir la luz en un campo eléctrico y magnético propagándose en el espacio.

En tanto que la teoría ondulatoria es requerida para entender muchos fenómenos relacionados con la luz, el efecto fotoeléctrico entre otros fenómenos requerían de la teoría corpuscular para su entendimiento.

En el inicio del siglo XX, Planck describió la luz radiante como una frecuencia, v, que solo puede ser emitida o absorbida en cantidades discretas o “quantum” multiplos enteros de hv, siendo h la constante universal de Planck que equivale 6,624 x 10-27 ergio.s.

Cada “quantum” de energía está dado por:

E = h.v

donde E es la energía del “quantum” en Joules (J). Esto es, la energía del “quantum” está dada por el producto de la frecuencia del oscilador, por una constante h conocida como “Constante de Planck” o constante de acción, por tener dimensiones de una acción, o sea, energía punto tiempo.

Un Fotón es un quantum de energía electromagnética. Los fotones no tienen todos la misma energía. Los “quanta” de luz azul son de mayor energía que los correspondientes de luz roja ya que la luz azul, tiene menor ancho de onda y por tanto, mayor frecuencia.

Dos fuentes luminosas de igual frecuencia (esto es, del mismo color) emiten fotones de igual energía hv. Una fuente brillante emite más fotones por segundo que una oscura del mismo color, sin embargo, los fotones individuales de ambas fuentes tienen la misma energía.

Desde que la frecuencia y la velocidad de la luz en el vacío, c, dividido por el largo de onda, λ,  la expresión también puede ser describa como:

E = h.v = hc/ λ, o sea, E fotón = h.c/ λ

En 1905, Einstein desarrolló su famosa teoría de la relatividad;

E = m.c2 donde, m es la masa, c, la velocidad de la luz (3,00 X 108 m/s)

Esta ecuación relaciona la masa a la energía.

Es la extensión de la teoría de Planck y la indicación de que la radiación electromagnética, incluyendo la luz, produce paquetes discretos de “quanta” de luz o fotones con el cual presenta el valor hv.

A partir de esto obtenemos el concepto moderno de luz, como siendo de una doble naturaleza. La luz se mueve por el espacio en paquetes discretos de energía (corpuscular) y se mueven conforme el espectro de energía (largo de onda).

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