Naturaleza de la Luz

La luz es una radiación electromagnética, de la que una parte es visible por el ojo humano. Es a la vez onda y corpusculo, según evidencian sus propiedades. La naturaleza ondulatoria explica las interferencias, la refracción y la difracción. La naturaleza corpuscular se manifiesta en fenómenos como el de la radiación del cuerpo negro o el efecto fotoeléctrico. Dirac integra la dualidad onda-corpusculo en la física cuántica.

Propagación de la Luz

La luz se propaga a una velocidad de 299792 km/s. En cualquier otro medio, la velocidad es menor. En medios transparentes y homogéneos, la luz se propaga en línea recta. Esto no se cumple cuando la luz tropieza con un obstáculo puntiagudo o pasa por una rendija, difracción.

Refracción de la Luz

Cuando un haz de luz pasa de un medio menos denso a uno más denso, la desviación se dirige hacia lo normal. La velocidad de la luz en los medios es siempre menor que en el vacío. Cada medio líquido tiene un índice de refracción concreto. El índice se calcula como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y en el medio.

Leyes de Refracción

El rayo incidente, el refractado y la normal se encuentran en el mismo plano. Los ángulos de incidencia y refracción están relacionados con la velocidad de propagación de la luz en los dos medios.

Snell

Snell relaciona el índice de refracción de un medio respecto a otro mediante cálculos con los ángulos de incidencia y de refracción.

Refractometría

Esta técnica consiste en la medida del índice de refracción de un líquido puro o de una disolución. El índice está relacionado con la concentración de soluto en una disolución.

Factores del Índice de Refracción

El índice de refracción depende fundamentalmente de dos parámetros: la longitud de onda a la que medimos y la temperatura. Se señalan con un subíndice y un superíndice respectivamente. La medida del índice de refracción es muy útil, pero debe ser muy precisa. El índice de refracción de una disolución depende de la concentración.

Concentración

El índice de refracción depende de la densidad y la densidad de la concentración. La medida del índice de refracción es más precisa y se emplea sobre todo para medir concentraciones de azúcares. Los refractómetros llevan una escala en ºBrix que dan directamente el % de azúcar.

Reflexión

Cuando un rayo de luz incide sobre una superficie, es reflejado con un ángulo de reflexión igual al de incidencia. Sin embargo, parte de la luz es absorbida por la superficie, de modo que la energía es distinta y la longitud de onda también.

Reflectancia

Es la relación entre la intensidad del haz de incidencia y el haz reflejado.

Luz Polarizada

La luz es un haz de ondas electromagnéticas que vibra en diferentes planos. La luz polarizada vibra en planos concretos, como en un plano horizontal o vertical. Si la luz pasa por un cristal, llamado prisma de Nicol, queda polarizada.

Prisma de Nicol

El prisma de Nicol es un cristal mineral de calcita, cortado y pegado con un pegamento especial a 68º de inclinación. El espato es birrefrigerante, tiene dos índices de refracción, genera dos rayos. Como uno de los índices es menor que el del pegamento, uno de los rayos sale polarizado.

Polarímetros

Los polarímetros tienen dos prismas de Nicol: uno polarizador y el otro analizador, que está después y detecta la variación del ángulo del plano de la luz polarizada. Las sustancias ópticamente activas son las que desvían el plano de la luz polarizada un cierto ángulo. Cuando insertamos la sustancia a medir entre el prisma polarizador y el analizador, el haz se desvía, de manera que para volver a obtener la intensidad inicial debemos girar el analizador cierto número de grados. Los grados girados por el analizador son los del ángulo de rotación de la sustancia. La rotación es función lineal de la concentración de la sustancia examinada y de la longitud del tubo donde se inserta la muestra. La rotación específica depende de la concentración y permite calcular la concentración si se estandarizan las condiciones. Se emplean mucho en la determinación de las concentraciones de azúcares.

Enantiomeros

Hay sustancias orgánicas cuya única diferencia entre sí es la rotación óptica. Son los enantiomeros, uno de ellos tiene rotación positiva (a la derecha, dextrogiros) y el otro de la misma magnitud pero negativa (levogiros). Tienen gran importancia en bioquímica y en biotecnología. Son sustancias orgánicas en las que uno de los carbonos tiene cuatro sustituyentes diferentes. Ese carbono es un carbono quiral. Si solo hay un carbono quiral, se forman dos isómeros ópticos.

Diasteroisómeros

Son sustancias orgánicas que tienen al menos dos carbonos quirales. Cambian todas sus propiedades físicas, incluidas solubilidad, puntos de fusión, etc.

Difracción

Cuando una rendija de dimensiones comparables a la longitud de onda se interpone con el haz de luz, la luz se comporta como una nueva fuente. Estas alteraciones provocan interferencias constructivas o destructivas. La longitud de onda de la nueva fuente puede ser distinta. El haz de luz generado tras la separación en la rendija puede ser monocromático; la rendija actúa como monocromador y tenemos una fuente con una longitud de onda fija. Esto es muy importante en la espectrofotometría.

Técnicas Experimentales de Difracción

Difracción de electrones para determinación de estructuras cristalinas. Difracción de rayos X, caracterización de materiales y medida del tamaño de partículas.