Radiación Electromagnética
La radiación electromagnética es una forma de energía que viaja en forma de ondas. Imagina que es como las olas en el agua, pero en lugar de agua, estas ondas viajan por el espacio. Estas ondas pueden ser de muchos tipos, dependiendo de su energía. Algunas las podemos ver, como la luz que viene del sol o de una bombilla, y otras no las vemos, como las ondas de radio que usamos para escuchar música o las que calientan la comida en el microondas.
La luz se organiza en el espectro electromagnético, que se divide en diferentes regiones según la intensidad de la radiación, es decir, su longitud de onda. En la siguiente figura se muestra de manera esquemática estas regiones. Los seres humanos podemos ver los colores que nos rodean gracias a que nuestros ojos interactúan con la luz visible. A lo largo de la evolución, nuestros ojos se adaptaron para detectar solo este estrecho rango de radiación. Para observar otros tipos de radiaciones, tanto por encima como por debajo de la luz visible, es necesario utilizar dispositivos de detección como los espectrómetros.
En la figura anterior se observa que la radiación infrarroja abarca longitudes de onda de 0.70 a 1000 μm. Las diversas radiaciones del espectro electromagnético se componen de movimientos rápidos de campos eléctricos y magnéticos que son perpendiculares entre sí.
Tipos de Radiación Electromagnética
Ondas de radio:
Son las de menor energía.
Se usan para transmitir señales de radio, televisión y telefonía móvil.
Microondas:
Tienen un poco más de energía que las ondas de radio.
Se usan en hornos microondas y en comunicaciones como el Wi-Fi.
Infrarrojo:
Es la radiación que sentimos como calor.
Se usa en controles remotos y cámaras de visión nocturna.
Luz visible:
Es la única que podemos ver con nuestros ojos.
Incluye todos los colores del arcoíris, desde el rojo (menos energía) hasta el violeta (más energía).
Ultravioleta (UV):
Tiene más energía que la luz visible.
El sol la emite y puede causar quemaduras en la piel.
Rayos X:
Tienen mucha energía y pueden atravesar tejidos blandos.
Se usan en medicina para ver huesos y órganos.
Rayos gamma:
Son los más energéticos y peligrosos.
Se usan en tratamientos médicos contra el cáncer y se producen en fenómenos cósmicos como las supernovas.
En la siguiente figura las ondas representan los campos, mientras que los vectores E y M indican sus magnitudes eléctrica y magnética, respectivamente. Un hallazgo importante sobre la radiación electromagnética es que su velocidad de propagación es constante para todos los tipos dentro del espectro. Esta velocidad, conocida como la velocidad de la luz (c), es de 2.997925 x 108 m/s en el vacío. En la misma figura, la distancia entre dos picos consecutivos se denomina longitud de onda (λ), y la frecuencia (ν) se define como el número de oscilaciones completas que realiza la onda. Por lo tanto, la velocidad de una onda se puede expresar matemáticamente:
Debido a las investigaciones de científicos como Einstein, Planck y Bohr, se descubrió que hay una relación entre la energía (E) de diferentes tipos de radiación electromagnética, que se consideran como partículas o cuantos de luz. Esta relación se expresa a través de la siguiente ecuación:
Aquí, h representa la constante de Planck (h = 6.626 x 10⁻³⁴ J·s) y \( \nu \) corresponde a la frecuencia. En espectroscopia infrarroja, se producen fenómenos de cambio; es decir, cuando la radiación infrarroja interactúa con la materia, se generan vibraciones o rotaciones en las moléculas, que se pueden describir en niveles de energía discretos: E0, E1, E2, E3, etc. Cada molécula puede encontrarse en uno de estos niveles. En un sistema molecular habrá varios niveles de energía, y cuando la radiación infrarroja incide sobre las moléculas, un cuanto de energía (fotón) puede ser emitido o absorbido. En estos casos, la energía de los cuantos debe corresponder exactamente a la diferencia entre los niveles de energía, como E1 – E0 o E2 – E1, etc. La energía de estos cuantos está relacionada con la frecuencia según la siguiente fórmula:
Sin embargo, a frecuencia de emisión o absorción de la radiación infrarroja para una transición entre estados de energía se puede expresar como:
