Einstein propuso, en 1905, que la luz se cuantifica en «paquetes», a los que denominó cuántico. La luz, una onda formada por campos eléctricos y magnéticos alternos, también se cuantifica en una unidad elemental llamada fotón.
El concepto de fotón no está claro, pero es posible describirlo matemáticamente en términos de sus propiedades. Uno cuántico luz de frecuencia F tiene una energía E, dada por:
En que H es la constante de Planck = 6.63 x 10-34 Js = 4,14 x 10-15 eV.s, c = velocidad de la luz y λ es la longitud de onda.
Por lo tanto, la energía más baja que puede tener una onda de luz es la de un solo fotón: hf. Todas las energías que puede tener la luz son múltiples hf. El espectro electromagnético de la luz se compone entonces de fotones de diferentes longitudes de onda, con la luz visible cubriendo solo un pequeño rango posible.
Espectro electromagnético. Ilustración: Peter Hermes Furian / Shutterstock.com
En 1916, Einstein propuso que el fotón tiene un momento 
, por tanto, poder interactuar con electrones, por ejemplo.
Aparte de toda la teoría cuántica involucrada en la descripción de la estructura de los átomos y la materia, por lo tanto, no es incorrecto pensar que los electrones están ubicados alrededor del núcleo, tienen un comportamiento ondulatorio, espín (momento) y también están ordenados en niveles de energía. – la Distribución de Pauling todo se basa en este hecho.
Cuando un fotón “choca” con un electrón, el electrón puede excitarse a un nivel de energía más alto. Basta con que el fotón tenga suficiente energía para esto. La física cuántica nos permite, para cada elemento químico o simplemente material, determinar cuánta energía se necesita para excitar el electrón de la capa más energética del átomo, la última. Este fenómeno también se puede llamar ionización.
Si los fotones que interactúan con la materia excitan a los electrones en las capas de valencia, pueden ocurrir algunos efectos, incluido el absorción, reflexión o transmisión. La absorción ocurre cuando el fotón cede toda su energía al electrón de valencia, excitándolo. Cuando esto ocurre y el electrón regresa a la capa de valencia, se emite un fotón de igual energía que el incidente. Es decir, reflexión. Si el fotón no interactúa con la materia, habrá un fenómeno de transmisión.
Por tanto, la absorción de luz es una forma de caracterización del material. Una solución, por ejemplo, tiene su color definido por la luz transmitida. Una solución de naranja de metilo tiene su espectro de absorción que se muestra en el siguiente gráfico.
Espectro de absorción de naranja de metilo.
Al observar el espectro, no es difícil averiguar por qué el color que emite la solución es naranja. A partir del valor de energía correspondiente a fotones de 600 nm (amarillo / naranja, como se muestra en la figura 1), no hay absorción de luz.
Este principio de interacción fotón-materia, con o sin cambio a estados excitados, es el mecanismo dominante en la absorción de luz. Los dispositivos que trabajan específicamente con la medición de estos valores de absorbancia son los espectrofotómetros, que se utilizan ampliamente con una variedad de técnicas de caracterización de materiales.
Bibliografía:
Halliday, David – Fundamentos de Física 4: Óptica y Física Moderna. Halliday, Resnick, Walker. 8ª edición. LTC, 2009.
Tipler, Física moderna. Tercera edicion. LTC
Datos de la colección de investigación del autor.
