Rayos Ultravioleta E Infrarrojos FÍS.

Categoria:

Física

Introducción. El espectro de la radiación electromagnética (v. ONDAS) es muy amplio. Comprende desde las ondas largas de la radio, cuya longitud A es de algunos millares de metros, hasta las de los más penetrantes r. y, que constantemente nos llegan del exterior acompañando a los rayos cósmicos, cuya longitud de onda se acerca a la billonésima de metro. Dentro de este espectro ocupa una región muy pequeña la luz (v.) visible, cuya longitud de onda se extiende en el dominio 3.600 < á < 7.000 A (1 A=10-s cm.), que corresponden, respectivamente, a los colores extremos violeta y rojo.

Pues bien, por encima del rojo existe una región que enlaza con las ondas ultracortas obtenidas artificialmente en el laboratorio, llamada el infrarrojo. Igualmente, por debajo del violeta y enlazando con los r. X muy blandos, también obtenidos artificialmente en el laboratorio, se extiende la región del ultravioleta. Ambas radiaciones están dotadas de propiedades muy importantes y diferentes, que las hacen muy útiles en muchos aspectos.

El infrarrojo. El físico inglés Herschel postuló en 1800 la existencia del infrarrojo. En efecto, moviendo un termómetro sensible a lo largo del espectro que sale de un prisma que ha sido atravesado por la luz solar, observó que la temperatura aumenta desde el violeta hasta el rojo, y continúa creciendo después de este último. Por este motivo, dedujo la existencia de una radiación invisible, que calificó como de "rayos caloríficos", cuya longitud de onda ha de ser superior a la del rojo. Pronto se vio que la radiación infrarroja no está dotada de propiedades caloríficas especiales. Lo que ocurre es que es absorbida por las sustancias sobre las que cae, produciendo entonces una elevación de temperatura. En realidad, todas las sustancias absorben en mayor o menor grado las radiaciones que caen sobre ellas, pero las manifestaciones térmicas de las infrarrojas son más acusadas por producirse en mayor cantidad y porque su absorción conduce inmediatamente a manifestaciones caloríficas. El fenómeno general es muy importante. No olvidemos que, p. ej., un cuerpo aparece de un determinado color precisamente porque es capaz de absorber todas las longitudes de onda del espectro visible con excepción de las de aquel color.

Enlas operacionesde secado,seemplean r. i.de 12.000 A de longitud de onda. El motivo es porque los iones OH, siempre presentes en las sustancias húmedas, absorben preferentemente aquella longitud de onda, ocurriendo, además, que la absorción es tan selectiva que impide la transmisión general a través del cuerpo que quiere secarse.

El vidrio ordinario no se deja atravesar por rayos de longitud de onda superior a los 30.000 A. Así, pues, para el estudio del infrarrojo se precisan instrumentos dotados de sistemas ópticos apropiados: fluorina, p. ej., para =9.000 A, o cloruro potásico para X=220.000 A. La espectroscopia (v.) con infrarrojo resulta hoy día imprescindible en muchos aspectos del análisis químico y representa un auxiliar muy valioso en la determinación de estructuras moleculares.

El agua absorbe poco la luz visible hasta el infrarrojo próximo, pero posee algunas bandas selectivas de absorción en el dominio de los 12.000 y 20.000 A. De aquí que con frecuencia se disponga en algunos aparatos una cuba conteniendo agua delante del foco luminoso (microscopios, bancos de óptica, cte.). Se elimina, así, la dañina radiación infrarroja.

Producción de rayos infrarrojos. Generalmente se utilizan lámparas de filamento de wolframio, al que se le suministra una potencia eléctrica tal que permita alcanzar la temperatura conveniente, para que la radiación emitida tenga una longitud de onda de alrededor de los 12.000 A. La temperatura es de aproximadamente 2.500° K, y la potencia que se consume de alrededor de los 350 vatios. Generalmente van provistas de un reflector apropiado para distribuir adecuadamente la radiación. Cuando se precisan potencias superiores se utilizan los emisores de cuarzo, así llamados porque el filamento metálico va embutido en un tubo de cuarzo refractario. Algunas veces conviene no utilizar temperaturas tan elevadas, para lo que se recurre a refractarios que consiguen r. i. con temperaturas que no superan los 1.0000C.

Las lámparas de infrarrojo, convenientemente dispuestas, se utilizan en hornos encaminados a conseguir la deshidratación de frutos y legumbres que permite conservarlas durante mucho tiempo. En Ouímica, el infrarrojo encuentra una buena aplicación en la polimerización (v.) de resinas sintéticas y otros productos.

Fotografía infrarroja. El hecho de que la luz roja y aún más la infrarroja es muy poco difundida (v. DIFUSIÓN) por las partículas pequeñas que, en suspensión, existen siempre en el aire (partículas de polvo, de vapor de agua...) explica el que, p. ej., el Sol, sobre todo al ocultarse, aparezca como un disco rojizo, cuando en realidad no lo es. El fenómeno es debido a que sólo nos llegan los rayos que no han sido difundidos en su camino, y éstos son precisamente los de color rojo. La bondad de las fotografías con infrarrojo tiene la misma explicación. Utilizando placas fotográficas sensibles al infrarrojo puede fotografiarse "a través" de la niebla, ya que las gotitas delvapor de agua que la forman tienen un tamaño tal que no difunden la luz infrarroja por ser muy grande su longitud de onda.

Los navíos y aviones van provistos de un artificio fotográfico especial que utilizan cuando se ven envueltos en bruma. También con infrarrojo pueden obtenerse fotografías muy netas de objetos lejanos. Por eso lo han utilizado los barcos que navegan por regiones en las que existen icebergs. Realmente, después del descubrimiento del radar (v.), la técnica anterior se emplea cada vez menos.

El ultravioleta. Como ya se ha indicado, el ultravioleta es la región del espectro que sigue al violeta, en el sentido de las longitudes de onda decrecientes. La región del ultravioleta comienza alrededor de los 3.500 A y se extiende hasta los 136 A, que es justamente donde comienzan los rayos X llamados blandos. La frecuencia de la radiación ultravioleta es lo suficientemente grande como para producir perturbaciones en la estructura atómica de las sustancias que trata de atravesar. Este hecho motiva una fuerte absorción que se acentúa mucho en la región extrema del espectro (v.). Es estudio de esta región es muy difícil, pues hay que hacerlo utilizando placas fotográficas muy especiales y dispuestas en el vacío.

El vidrio ordinario absorbe prácticamente todo el espectro ultravioleta. El cuarzo es transparente para las longitudes de onda comprendidas entre 3.100 A y los 2.000 A. El aire absorbe a partir de los 1.800 A hacia abajo. En la práctica, el ultravioleta cercano se consigue utilizando las lámparas de mercurio, también llamadas de cuarzo por estar construidas con este material. Interponiendo a la salida de la lámpara filtros convenientes, pueden aislarse algunas radiaciones características, cada una de las cuales tiene aplicaciones bien definidas.

Producción y aplicaciones del ultravioleta. Cuando se realiza una descarga eléctrica en el interior de una ampolla que contiene vapor de mercurio se produce una radiación electromagnética en la que domina, en gran proporción, la llamada raya de resonancia (a=2.537 A). Como el propio mercurio absorbe la radiación, esta longitud de onda dominante sólo se consigue con las llamadas lámparas de baja presión. A medida que la presión en la ampolla crece, se extiende más y más el espectro ultravioleta, apareciendo al principio en bastante proporción las rayas de 3.130 y 3.650 A y consiguiéndose, finalmente, un espectro prácticamente continuo. La radiación ultravioleta produce efectos biológicos, fotoquímicos, etc. Cada uno de ellos es tanto más acusado cuanto más rica en una determinada longitud de onda es la radiación. Así, p. ej., las radiaciones de 3.600 A causan efectos biológicos que no son peligrosos; se utilizan para baños de sol artificial, mediante lámparas de alta presión.

La región de los 3.000 A se emplea mucho para obtener vitaminas, en operaciones fotoquímicas, en la pigmentación, etc. Se consigue con lámparas de presión media. La región corta de 2.537 Az que, como indicamos, se obtiene con lámparas de baja presión, ejerce una gran acción germicida y se usa cada vez más para esterilizar, desinfectar, etc.

Efecto antirraquítico. El ultravioleta contribuye a la asimilación del calcio y a la formación de agentes vitamínicos antirraquíticos en virtud de las reacciones químicas llamadas de fotosíntesis (v.), que tienen lugar en el organismo. La colesterina y la ergosterina se transforman por la acción del ultravioleta en vitamina D que es arrastrada por los capilares sanguíneos y repartida por todo el cuerpo. Es así como se fortifican y calcifican los huesos pero algunas veces el efecto es perjudicial, y el proverbio de que las enfermedades nacen en la sombra no hay que tomarlo al pie de la letra; también el sol puede llegar a matar.

La epidermis está provista de ciertas aglomeraciones muy finas cuya coloración depende del propio color del individuo, de la raza y de la naturaleza de la piel. Su origen, que no se conoce bien, parece ser la desintegración última de una molécula proteica; es decir, un aminoácido. El fenómeno conduce a la aparición de la melamina que en definitiva es la causante del "bronceado" de la piel y que se favorece cuando las glándulas endocrinas funcionan regularmente. Las cremas y aceites protectores, que con tanta frecuencia se utilizan, tienen por objeto filtrar la radiación solar, absorbiendo aquellas longitudes de ondas que pueden ser dañinas.

Luminiscencia, fluorescencia y fosforescencia. La luminiscencia (v.) es la emisión de la luz por algunas sustancias determinadas, sin que haya elevación de temperatura. Su origen hay que buscarlo en un reajuste del edificio molecular metastable de la sustancia emisora. La vuelta al estado molecular estable, motivada por algún fenómeno, como puede ser la llegada de una radiación determinada o un ataque químico, va acompañada de una pérdida de energía que aparece en el exterior en forma de luz visible. En todo caso, el fenómeno exige que una cierta energía sea suministrada a la sustancia luminescente.

Cuando la energía se comunica en forma de radiación (rayos X, luz ultravioleta, luz visible, etc.) el fenómeno recibe el nombre de f otoluminiscencia, teniendo que distinguirse entre la fluorescencia, si la emisión de la luz es inmediata, o de fosforescencia, si la energía queda almacenada durante un cierto tiempo en el luminófero, siendo emitida más o menos lentamente, dependiendo de la memoria de que esté dotado dicho luminófero. Como parte de la energía que transporta el fotón (v.) queda absorbida por el luminófero, es evidente que la frecuencia de la luz emitida ha de ser menor que la de la incidente y, por tanto, la longitud de onda de la radiación emitida es siempre mayor que la de la luz empleada para excitar el luminófero.

V. t.: RADIACIONES; RAYOS X.

L. BRÚ VILLASECA.

BIBL.: L. BRÚ, Física, 11 ed. Madrid 1967; R. W. DITCHBURN, Light, Londres 1963; R. KISTER, L’ére atomique, Ginebra 1958; I. SIMÓN, Radiación infrarroja, México 1968.