Existen algunos términos que generan confusiones en el lenguaje común cotidiano. Entre estos términos tenemos la luminiscencia, fluorescencia y fosforescencia. ¿Son términos iguales? ¿En qué se diferencia y a qué se refiere cada uno?
Todo ello lo vamos a ver en este artículo, así que no te lo pierdas.
Qué es la luminiscencia
El término luminiscencia se refiere fundamentalmente a la emisión de luz. En nuestro entorno, la mayoría de los objetos emiten luz debido a la energía que reciben del sol, que es la entidad más brillante visible para nosotros. A diferencia de la luna, que parece emitir luz, en realidad refleja la luz solar, funcionando de manera similar a un espejo de piedra colosal.
Básicamente, existen tres tipos principales de luminiscencia: fluorescencia, fosforescencia y quimioluminiscencia. Entre ellas, la fluorescencia y la fosforescencia se clasifican como formas de fotoluminiscencia. La distinción entre fotoluminiscencia y quimioluminiscencia radica en el mecanismo de activación de la luminiscencia; en la fotoluminiscencia, la luz actúa como desencadenante, mientras que en la quimioluminiscencia, una reacción química inicia la emisión de luz.
Tanto la fluorescencia como la fosforescencia, que son formas de fotoluminiscencia, dependen de la capacidad de una sustancia para absorber luz y, posteriormente, emitirla en una longitud de onda más larga, lo que indica una reducción de energía. Sin embargo, la duración de este proceso difiere significativamente. En las reacciones fluorescentes, la emisión de luz se produce de forma instantánea y solo es observable mientras la fuente de luz permanece activa (como las luces ultravioleta).
Por el contrario, las reacciones fosforescentes permiten que el material retenga la energía absorbida, lo que le permite emitir luz más tarde, lo que da como resultado un brillo que continúa incluso después de que la fuente de luz se haya extinguido. Por lo tanto, si la luminiscencia desaparece inmediatamente, se clasifica como fluorescencia; si persiste, se identifica como fosforescencia; y si requiere una reacción química para activarse, se denomina quimioluminiscencia.
Por ejemplo, uno podría imaginar una discoteca donde la tela y los dientes emiten un brillo luminoso bajo la luz negra (fluorescencia), la señal de salida de emergencia irradia luz (fosforescencia) y las barras luminosas también producen iluminación (quimioluminiscencia).
Fluorescencia
Los materiales que emiten luz instantáneamente se denominan fluorescentes. En estos materiales, los átomos absorben energía, lo que hace que entren en un estado «excitado». Al volver a su estado normal en aproximadamente una cienmilésima de segundo (que oscila entre 10-9 y 10-6 segundos), liberan esta energía en forma de minúsculas partículas de luz conocidas como fotones.
Formalmente hablando, la fluorescencia es un proceso radiativo en el que los electrones excitados pasan del estado excitado más bajo (S1) al estado fundamental (S0). En el curso de esta transición, el electrón disipa una parte de su energía a través de la relajación vibracional, lo que da como resultado que el fotón emitido posea una energía reducida y, en consecuencia, una longitud de onda más larga.
Fosforescencia
Para comprender las distinciones entre fluorescencia y fosforescencia, es necesario explorar brevemente el concepto de espín electrónico. El espín representa una característica fundamental del electrón, que actúa como un tipo de momento angular que influye en su comportamiento dentro de un campo electromagnético. Esta propiedad solo puede asumir un valor de ½ y puede exhibir una orientación hacia arriba o hacia abajo. En consecuencia, el espín de un electrón se denota como +½ o -½, o alternativamente representado como ↑ o ↓. Dentro del mismo orbital de un átomo, los electrones exhiben consistentemente espín antiparalelo cuando están en el estado fundamental singlete (S0). Al ser promovido a un estado excitado, el electrón retiene su orientación de espín, lo que resulta en la formación de un estado excitado singlete (S1), donde ambas orientaciones de espín permanecen emparejadas en una configuración antiparalela. Es importante notar que todos los procesos de relajación asociados con la fluorescencia son neutrales en cuanto al espín, lo que garantiza que la orientación del espín del electrón se conserve en todo momento.
En el caso de la fosforescencia, el proceso difiere significativamente. Se producen transiciones rápidas (que van desde 10^-11 a 10^-6 segundos) entre sistemas que pasan del estado excitado singlete (S1) a un estado excitado triplete (T1) que es energéticamente más favorable. Esta transición resulta en la inversión del espín del electrón; Los estados resultantes se caracterizan por espines paralelos en ambos electrones y se clasifican como metaestables. En este caso, la relajación se produce por fosforescencia, lo que conduce a otra inversión del espín del electrón y a la posterior emisión de un fotón.
La transición de regreso al estado relajado singlete (S0) puede ocurrir después de un retraso prolongado (que varía entre 10^-3 y más de 100 segundos). Durante este proceso de relajación, los mecanismos no radiativos consumen más energía en la relajación fosforescente en comparación con la fluorescencia, lo que da como resultado una mayor diferencia de energía entre los fotones absorbidos y emitidos y, en consecuencia, un mayor cambio en la longitud de onda.
Espectros de excitación y emisión
La luminiscencia se produce cuando los electrones de una sustancia se excitan mediante la absorción de fotones, liberando posteriormente esa energía en forma de radiación. En ciertos casos, la radiación emitida puede consistir en fotones que poseen la misma energía y longitud de onda que los absorbidos; este fenómeno se conoce como fluorescencia de resonancia. Más frecuentemente, la radiación emitida tiene una longitud de onda más larga, lo que indica una energía menor en comparación con los fotones absorbidos.
Esta transición hacia longitudes de onda más largas se conoce como desplazamiento de Stokes. Cuando los electrones son excitados por una radiación corta e invisible, ascienden a estados de energía más altos. Al regresar a su estado original, emiten luz visible con la misma longitud de onda, ejemplificando la fluorescencia de resonancia. Sin embargo, estos electrones excitados también pueden revertir a un nivel de energía intermedio, lo que resulta en la emisión de un fotón luminoso que transporta menos energía que la de la excitación inicial. Este proceso, cuando es inducido por luz ultravioleta, generalmente se manifiesta como fluorescencia dentro del espectro visible. En el caso de los materiales fosforescentes, se produce un retraso entre la excitación de los electrones a niveles de energía elevados y su regreso al estado fundamental.
Una sustancia específica no responde a todas las longitudes de onda. Sin embargo, normalmente existe una relación entre la longitud de onda de excitación y la amplitud de la emisión resultante. Esta relación se conoce como espectro de excitación. De manera similar, se puede observar una correlación entre la amplitud y la longitud de onda de la radiación emitida, conocida como espectro de emisión.
Es importante señalar que la longitud de onda de emisión no depende de la longitud de onda de excitación, excepto en los casos en que las sustancias poseen múltiples mecanismos de luminiscencia. En consecuencia, los minerales muestran distintas capacidades para absorber la luz ultravioleta en longitudes de onda específicas; algunos fluorescen bajo la luz ultravioleta de longitud de onda corta, mientras que otros lo hacen bajo longitudes de onda largas y algunos muestran una fluorescencia indistinta. El color de la luz emitida a menudo varía significativamente con diferentes longitudes de onda de excitación.
La ocurrencia de estos fenómenos no se limita únicamente al uso de la radiación ultravioleta; más bien, la excitación se puede lograr mediante cualquier radiación que posea la energía adecuada. Por ejemplo, los rayos X son capaces de inducir fluorescencia en varias sustancias, muchas de las cuales también responden a diferentes tipos de radiación. El tungstato de magnesio, por ejemplo, muestra sensibilidad a casi todas las radiaciones con longitudes de onda inferiores a 300 nm, que abarcan tanto el espectro ultravioleta como el de rayos X. Además, ciertos materiales pueden ser excitados fácilmente por electrones, como lo ejemplifican los fósforos utilizados en los tubos de televisión.
Espero que con esta información puedan conocer más sobre las diferencias entre fluorescencia, fosforescencia y luminiscencia.