Espectrometría UV-visible (I): El color de los objetos

multiples colores

La luz natural que ilumina los objetos está compuesta por fotones de variadas longitudes de onda pertenecientes a cierto intervalo del espectro electromagnético. Esto es fácil de comprobar: basta hace pasar la luz natural a través de un prisma. Pues bien, cuando se ilumina con luz natural un objeto, este absorbe fotones de determinadas longitudes de onda pero refleja o deja que se transmitan a su través los demás fotones. Los fotones que el objeto no absorbe son los que llegan a nuestro ojo y los que dan al objeto su “color”, como se aprecia en la figura 5.3.

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Fig. 5.3

La razón de que un compuesto químico absorba unos fotones y no otros radica en la estructura de los orbitales moleculares de sus moléculas. Como se sabe, la Teoría de Orbitales Moleculares establece que cuando se unen dos o más átomos para formar una molécula se crean orbitales moleculares a partir de los orbitales atómicos de los átomos. Los orbitales moleculares pueden clasificarse en varios tipos: n, σ, σ*, π, π*…; en una molécula, cada uno de esos orbitales se caracteriza por un cierto valor de energía, como se indica de forma simplificada y generalizada en la figura 5.4.

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Fig. 5.4

Los electrones aportados por los átomos ocupan estos orbitales moleculares, tendiendo a llenar primero los orbitales de menor energía. Si efectivamente los electrones de una molécula ocupan los orbitales moleculares de menor energía posible, la molécula se dice que se encuentra en su estado electrónico fundamental. Pero cuando se ilumina el compuesto con luz blanca, si se dan los requerimientos cuánticos adecuados, las moléculas podrían absorber fotones. El efecto sería que uno o varios de sus electrones “saltarían” a orbitales de energía superior. La molécula, en conjunto, pasaría a estar en un estado electrónico excitado.

Solo pueden absorberse fotones cuya energía coincida con la diferencia de energía entre dos estados, si bien hay que precisar que por razones cuánticas no todas las transiciones electrónicas son posibles; en la figura 5.4 se indican algunas que sí lo son. Estas diferencias de energía suelen ser del orden de la energía de los fotones visibles y ultravioletas. Por esta razón, del estudio y medición de las transiciones electrónicas se ocupa la espectroscopía UV-visible.

Los estados excitados son inestables; una molécula que haya absorbido fotones y, por tanto, haya ganado energía, tenderá a devolver la energía al medio y volver al estado fundamental. Se dice que la molécula se relaja. Una molécula se puede relajar de varias formas. Una es emitiendo energía radiante (fotones); otra es generando calor (prueba de ello es  que las sustancias se calientan al ser iluminadas).

Recapitulando, una molécula puede absorber ciertos fotones de la luz natural que le llega, pero no otros, que pasarán a su través. Por eso, la sustancia que está compuesta de esas moléculas tendrá un color determinado. Como casos especiales, si los fotones que refleja o transmite la sustancia tienen longitudes de ondas que caen fuera de nuestra región visible, será para nosotros incolora; si refleja todos los fotones visibles la veremos blanca; y si los absorbe todos, negra.

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