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Radiaciones ultravioleta

1801

Johann Wilhelm Ritter

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

En 1801, Johann Wilhelm Ritter observó que los rayos invisibles más allá del extremo violeta del espectro solar oscurecían el papel empapado en cloruro de plata más rápidamente que la propia luz violeta. Esto demostró la existencia de una forma de luz más allá del espectro visible, a la que denominó "rayos oxidantes" para contrastarla con los "rayos de calor" (infrarrojos) descubiertos el año anterior.

El experimento de Johann Wilhelm Ritter fue una continuación directa del descubrimiento de la radiación infrarroja por William Herschel en 1800. Herschel había utilizado un prisma para dividir la luz solar y colocó termómetros más allá del extremo rojo del espectro, observando un aumento de temperatura. Ritter, intrigado por esto, decidió probar el otro extremo del espectro. Sabía que el cloruro de plata se descomponía en presencia de luz, y que este efecto era más pronunciado en la luz violeta. Expuso tiras de papel empapadas en cloruro de plata al espectro solar producido por un prisma. Como era de esperar, el papel se oscureció en el espectro visible, con un efecto que aumentaba del rojo al violeta. Fundamentalmente, colocó una tira justo más allá del extremo violeta, en una región donde no había luz visible, y descubrió que esta tira se oscurecía incluso más rápidamente que la expuesta a la luz violeta. Esto confirmó la existencia de radiación con actividad química más fuerte que la luz visible, ubicada más allá del violeta. Su nombre inicial, "rayos oxidantes", Se destacaron sus propiedades químicas, que posteriormente fueron reemplazadas por "rayos químicos" y, finalmente, por "rayos ultravioleta". Este descubrimiento amplió fundamentalmente el espectro electromagnético conocido, demostrando que la visión humana percibe solo una pequeña fracción del mismo.

Reciclaje químico, Química, Electromagnetismo, Óptica, Fotónica, Física, Espectroscopia

UNESCO Nomenclature: 2210

- Óptica

Tipo

Descubrimiento científico

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

El trabajo de Isaac Newton sobre el espectro visible utilizando prismas.
El descubrimiento de la radiación infrarroja por William Herschel (1800)
Observaciones de Carl Wilhelm Scheele sobre el oscurecimiento de las sales de plata por la luz.

Aplicaciones

espectroscopia
fotografía ultravioleta
imágenes médicas
técnicas de esterilización
observación astronómica

Patentes:

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: descubrimiento de la luz ultravioleta, Johann Ritter, cloruro de plata, espectro electromagnético, espectroscopia, rayos actínicos, rayos químicos, óptica, historia de la física, luz.

Contexto histórico

Laboratorio de Alessandro Volta demostrando la fuerza electromotriz con los primeros aparatos eléctricos.

Definición de fuerza electromotriz (FEM)

La fuerza electromotriz ([latex]\mathcal{E}[/latex]) es el trabajo realizado por unidad de carga eléctrica por una fuente no eléctrica, como una batería o un generador. A pesar de su nombre, no es una fuerza mecánica sino un potencial eléctrico, medido en voltios. Representa la energía convertida de otra forma (química, mecánica) en energía eléctrica cuando una carga atraviesa la fuente.

Pila voltaica demostrando la reacción electroquímica con electrodos de zinc y cobre.

Reacción electroquímica en la pila voltaica

La corriente eléctrica en una pila voltaica se produce por una reacción redox. En el ánodo de zinc, el zinc metálico se oxida, liberando dos electrones por átomo ([latex]Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex]). Estos electrones viajan por el circuito externo hasta el cátodo de cobre. Allí, los iones de hidrógeno del electrolito acuoso se reducen, formando gas hidrógeno ([latex]2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2[/latex]).

Humedad absoluta

La humedad absoluta ([latex]d_v[/latex]) es la masa total de vapor de agua ([latex]m_{H_2O}[/latex]) presente en un volumen determinado de aire ([latex]V_{air}[/latex]). Se expresa en gramos de vapor de agua por metro cúbico de aire ([latex]g/m^3[/latex]). La fórmula es [latex]d_v = \frac{m_{H_2O}}{V_{air}}[/latex]. A diferencia de la humedad relativa, no depende de la temperatura del aire, pero sí se ve afectada por los cambios de presión o volumen del aire.

Radiaciones ultravioleta

Aparato de vidrio que demuestra la Ley de Charles en un entorno de laboratorio clásico.

Ley de Charles (Ley Vol-Temp)

También conocida como Ley del volumen-temperatura o ley de los volúmenes, la Ley de Charles establece que para una masa fija de un gas ideal a presión constante, el volumen que ocupa es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Esto se expresa como [latex]V \propto T[/latex] o [latex]\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}[/latex]. Explica la tendencia de los gases a expandirse cuando se calientan en condiciones isobáricas (presión constante).

Laboratorio del siglo XIX con científicos que estudian la estructura atómica y las reacciones químicas.

Teoría atómica moderna

La teoría atómica postula que toda la materia está compuesta de unidades discretas llamadas átomos. Un elemento está formado por átomos con un número específico de protones en su núcleo. Si bien antes se consideraban indivisibles, ahora se sabe que los átomos están compuestos por partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones. Las reacciones químicas implican la reorganización de estos átomos, que se conservan durante el proceso.

Ley de Avogadro

La ley de Avogadro establece que volúmenes iguales de todos los gases, a la misma temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas. Esto establece una proporcionalidad directa entre el volumen de un gas y la cantidad de sustancia (número de moles). La relación matemática se expresa como [latex]V \propto n[/latex] o, más comúnmente, como [latex]V/n = k[/latex], donde k es una constante.

1800

1801

1802

1808

1811

1800

1802

1810

1816

Corrosión galvánica

La corrosión galvánica es un proceso electroquímico en el que un metal se corroe preferentemente cuando entra en contacto eléctrico con otro en presencia de un electrolito. Esto ocurre porque los metales disímiles crean un par bimetálico, en el que el metal menos noble (más activo) actúa como ánodo y se corroe, mientras que el metal más noble actúa como cátodo.

Pila voltaica que demuestra la primera conversión electroquímica de energía.

Principio de pila voltaica

La primera batería eléctrica produce corriente continua mediante la superposición de pares de discos metálicos diferentes (p. ej., zinc y cobre) separados por una tela empapada en salmuera. Cada par forma una celda galvánica, y su superposición en serie aumenta el voltaje total. Esta disposición demostró la primera conversión continua de energía química en energía eléctrica, allanando el camino para la electroquímica moderna.

Pila voltaica que demuestra la fuerza electromotriz en conexión en serie con células de zinc y cobre.

Fuerza electromotriz y conexión en serie

La pila voltaica estableció el principio de la adición de tensiones mediante la conexión en serie de células electroquímicas. Cada par zinc-cobre, o célula, genera una fuerza electromotriz (FEM) característica de aproximadamente 0,76 voltios. Apilando físicamente estas células, Volta demostró que la tensión total a través de la pila es la suma de las FEM individuales de cada célula, tal como se describe por [latex]V_{total} = n veces V_{célula}[/latex].

Configuración de radiocomunicación que ilustra las zonas de Fresnel para el análisis de propagación de ondas.

Zona de Fresnel

A Fresnel zone is one of a series of confocal prolate ellipsoidal regions in space between a transmitter and a receiver. The primary zone's boundary is the ellipsoid where the path length from transmitter to a point on the surface to the receiver is half a wavelength longer than the direct path, causing a 180-degree phase shift.

Olla a presión y lata de aerosol que ilustran la Ley de Gay-Lussac en termodinámica.

Ley de Gay-Lussac (Ley de Presión-Temperatura)

También conocida como ley de Amontons, este principio establece que para una masa fija de un gas ideal a volumen constante, su presión es directamente proporcional a su temperatura absoluta. La relación se expresa matemáticamente como [latex]P \propto T[/latex] o como comparación entre dos estados, [latex]\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}[/latex]. Esto describe el comportamiento del gas en condiciones isocóricas (volumen constante).

Aparato de mezcla de gases en un laboratorio antiguo para aplicaciones de termodinámica.

Ley de presiones parciales de Dalton

La ley de Dalton establece que en una mezcla de gases que no reaccionan, la presión total ejercida es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales. La presión parcial de un gas es la presión que ejercería si ocupara él solo todo el volumen a la misma temperatura. La fórmula es [latex]P_{text{total}} = \sum_{i=1}^{n} p_i[/latex].

Polarización de electrodos en un experimento de pila voltaica que demuestra la formación de gas hidrógeno.

Limitación de la polarización de los electrodos

Una falla principal de la pila voltaica es la polarización de los electrodos. Durante su funcionamiento, el gas hidrógeno producido en el cátodo de cobre forma una capa aislante de burbujas en su superficie. Esta capa aumenta la resistencia interna de la batería y reduce la superficie disponible para la reacción. Como resultado, la tensión y la corriente de salida de la pila disminuyen significativamente poco después de su uso.