¿Bebidas fluorescentes?

Comenzamos la parte química del blog con una entrada que, en mi opinión, resulta bastante interesante.

Todos hemos salido por la noche a discotecas, bares, pubs... y un largo etcétera. Seguro que alguna vez nos hemos pedido una bebida como pueda ser un gintonic y hemos visto que, si el local tiene lo que generalmente se conoce como "luz negra" (esas lámparas violetas que tienen en la mayoría de discotecas o pubs) nuestra bebida emitía una ligera luz azul.

¿A qué se debe esta emisión de luz?

Este fenómeno que se puede apreciar, es debido al fenómeno de fluorescencia (no confundir con fosforescencia) que presenta uno de los componentes empleados en la tónica para aromatizar. La quinina

¿En qué consiste la fluorescencia?

La fluorescencia corresponde a un fenómeno de emisión de luz por la transición de electrones de un estado excitado (un estado de alta energía) al fundamental (el estado de menor energía de la molécula) dentro de la propia molécula y se puede explicar de forma muy sencilla mediante un diagrama de Jablonski

El proceso de fluorescencia comienza cuando la molécula es irradiada (generalmente con luz ultravioleta, que es la que emiten las anteriormente mencionadas "luces negras"). Ese tipo de radiación es bastante energético y puede hacer que los electrones que se encuentran en el nivel de energía más bajo de la molécula, conocido como nivel fundamental singlete (So) "tomen" esa energía para saltar a un estado de mayor energía conocido como primer estado excitado singlete (S1). Esta primera parte del proceso de fluorescencia se corresponde con la flecha de color azul.

Dentro de cualquier estado (ya sea el fundamental o los excitados), la molécula puede vibrar de muchas formas, por lo que el siguiente paso en el proceso de fluorescencia, se conoce como "relajación vibracional no radiacional". Este término significa que la molécula pierde energía de vibración sin emitir luz dentro del mismo estado excitado. Esta pérdida de energía es en forma de calor y corresponde con la flecha en zig-zag que va desde S2 a S1.

Finalmente, cuando la molécula se haya en el "estado vibracional más bajo del estado excitado", la molécula vuelve a perder energía de la que había absorbido, esta vez de forma radiacional (como luz) hasta llegar a cualquier nivel vibracional del estado fundamental. Esta emisión radiacional es lo que se conoce como fluorescencia, fenómeno responsable del color azulado del gintonic en presencia de luz negra.

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¿Por qué se puede ver la fluorescencia?

Si ya sois un poco entendidos en la materia, igual os hacéis la siguiente pregunta: ¿Si la luz con la que irradio la tónica (ultravioleta) no la puedo ver, por qué puedo ver la luz que emite si debería ser igual?

La respuesta a esta pregunta se puede entender muy fácilmente mirando nuevamente al diagrama de Jablonski. 

La energía UV que absorbió la molécula es la flecha azul y tiene una determinada energía, pero antes que se produzca el fenómeno de fluorescencia, parte de esa energía se pierde en el proceso de "relajación vibracional" como calor, por lo que la radiación de fluorescencia (flecha verde) tiene que ser menos energética que la de absorción. 

Hablar de una radiación de menor energía equivale a hablar de una radiación de mayor longitud de onda, que se corresponde con la parte visible del espectro electromagnético.

Para concluir, me gustaría hacer una breve presentación del fenómeno de fosforescencia para que se puedan entender similitudes y diferencias con el proceso de fluorescencia en el que nos hemos centrado en esta entrada.

El proceso de fosforescencia se inicia exactamente igual que el de fluorescencia. (Excitamos la molécula con luz ultravioleta hasta el primer estado excitado y hay una relajación vibracional hasta alcanzar el nivel fundamental del primer estado excitado). Una vez llegados a este punto, comienzan las diferencias.

En lugar de emitirse radiación (fluorescencia) en el proceso de fosforescencia hay una nueva pérdida de energía de forma no vibracional, como calor. Esta transición se conoce como "cruce intersistemas" y es la transición desde el nivel fundamental singlete S1 al estado triplete (la diferencia de un estado triplete y uno singlete es un cambio en el número cuántico de spin, pero lo importante de todo esto, es que es un proceso no radiacional y lento). Este proceso  de cruce intersistemas corresponde con la línea en zig-zag del centro del diagrama.

Una vez que hemos cambiado nuestro estado singlete por uno triplete, la molécula vuelve a sufrir una relajación vibracional no radiacional (perdiendo nuevamente calor) hasta alcanzar el nivel fundamental del estado excitado triplete. Finalmente, se produce una transición hacia el estado fundamental singlete con emisión de luz, dando lugar a la fosforescencia (flecha roja).

Como conclusiones del proceso de fosforescencia, se puede deducir que es un proceso mucho más lento que la fluorescencia (puede durar hasta varios días, mientras que la fluorescencia dura en torno a 0,00000001s por lo que deja de verse en cuanto se quita la fuente de radiación) y se puede observar, por ejemplo, en los tubitos de luz que brillan durante varias horas cuando se rompen (aunque en este caso, la energía de excitación se produzca mediante una reacción química). 

También se puede concluir que es mucho menos energético ya que hay muchas más pérdidas en forma de calor que en la fluorescencia por lo que su luz, en igualdad de condiciones sería "más roja" que la de la fluorescencia.

En resumen

Las bebidas que llevan tónica son fluorescentes y emiten luz en presencia de luz negra porque tienen un componente llamado quinina que absorbe la luz ultravioleta (invisible) y emite esa misma luz tras perder parte de su energía como calor, lo que la hace visible al ojo humano.