Espectroscopia

A espectroscopia é o estudo do espectro luminoso dos corpos, con aplicacións en química, física e astronomía, entre outras disciplinas científicas. A análise espectral, na cal se basea, permite detectar a absorción ou emisión de radiación electromagnética de certas enerxías, e relacionar estas enerxías cos niveis de enerxía implicados nunha transición cuántica.

Orixe

A luz visible é fisicamente idéntica a todas as radiacións electromagnéticas. É visible para nós porque os nosos ollos evolucionaron para detectar esta estreita banda de radiación do espectro electromagnético completo. Esta banda é a radiación dominante que emite noso Sol.

Desde a antigüidade, científicos e filósofos especularon sobre a natureza da luz. A nosa comprensión moderna da luz comezou co experimento do prisma de Isaac Newton, co que comprobou que calquera feixe incidente de luz branca, non necesariamente procedente do Sol, descomponse no espectro do arco da vella (do vermello ao violeta). Newton tivo que se esforzar en demostrar que as cores non eran introducidas polo prisma, senón que realmente eran os constituíntes da luz branca. Posteriormente, púidose comprobar que cada cor correspondía a un único intervalo de frecuencias ou lonxitudes de onda.

Nos séculos XVIII e XIX, o prisma usado para descompoñer a luz foi reforzado con regeñas e lentes telescópicas co que se conseguiu así unha ferramenta máis potente e precisa para examinar a luz procedente de distintas fontes. Fraunhofer utilizou este espectroscopio inicial para descubrir que o espectro da luz solar estaba dividido por unha serie de liñas escuras, cuxas lonxitudes de onda se calcularon con extremo coidado. Pola contra, a luz xerada en laboratorio mediante o quecemento de gases, metais e sales mostraba unha serie de liñas estreitas, coloreadas e brillantes sobre un fondo escuro. A lonxitude de onda de cada unha destas bandas era característica do elemento químico que fora quentado. Por entón, xurdiu a idea de utilizar estes espectros como pegada digital dos elementos observados. A partir dese momento, desenvolveuse unha verdadeira industria dedicada exclusivamente á realización de espectros de todos os elementos e compostos coñecidos.

Tamén se descubriu que se se quentaba un elemento o suficientemente (incandescente), producía luz branca continua, un espectro completo de todas as cores, sen ningún tipo de liña ou banda escura no seu espectro. En pouco tempo chegou o progreso: pasouse a luz incadescente de espectro continuo por unha fina película dun elemento químico elixido que estaba a temperatura menor. O espectro resultante tiña liñas escuras, idénticas ás que aparecían no espectro solar, precisamente nas frecuencias onde o elemento químico particular producía as súas liñas brillantes cando se quentaba. É dicir, cada elemento emite e absorbe luz a certas frecuencias fixas características do mesmo.

As liñas escuras de Fraunhofer, que aparecían no espectro solar, son o resultado da absorción de certas frecuencias características (que forman parte do espectro continuo de luz emitido polo interior do Sol, moito máis quente) polos elementos químicos presentes nas capas máis exteriores da nosa estrela. Aínda había dúbidas: en 1878, no espectro solar detectáronse liñas que non casaban coas de ningún elemento coñecido. Diso, os astrónomos predixeron a existencia dun elemento novo, chamado helio. En 1895 descubriuse o helio terrestre.

A comezos do século XX mellorouse grandemente a fiabilidade e precisión dos espectroscopios, da man de Elmer Imes.

De igual forma que a teoría universal da gravitación de Newton probou que se poden aplicar as mesmas leis tanto na superficie da Terra como para definir as órbitas dos planetas, a espectroscopia demostrou que existen os mesmos elementos químicos tanto na Terra como no resto do Universo.

Relación co estudo dos astros

Os astros, así como a materia interestelar, emiten ondas electromagnéticas; os astrónomos chegaron ao coñecemento de canto sabemos do ámbito extraterrestre descifrando as mensaxes que portan esas ondas cando chegan ao noso planeta. Debe advertirse que a emisión e as modificacións ulteriores experimentadas por esas radiacións son resultado de non poucos factores: a composición química da fonte que os emite, temperatura, presión e grao de ionización a que se acha a mesma, influencia dos campos magnéticos e eléctricos etc. Por outra banda, como os físicos reproduciron nos seus laboratorios eses diferentes estados da materia e obtido os espectros correspondentes, estes serven de patróns que permiten analizar os espectros dos corpos celestes e extraer toda a información que conteñen. No caso dos espectros luminosos, os estudos constitúen a análise espectral.

Ademais de indicar a composición química da fonte luminosa e o estado físico da súa materia, o espectro revela se o corpo luminoso e a Terra achéganse ou se afastan entre si, ademais de indicar a velocidade relativa á que o fan (efecto Doppler-Fizeau).

Campos de estudo

Véxase tamén