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Las denominadas «luces negras» son habituales en parques de atracciones, museos y en algunos espectáculos, sobre todo aquellos de temática «Halloween». En principio pueden parecer o bien simples lámparas fluorescentes normales o incluso bombillas incandescentes, cuyo efecto es resaltar o hacer brillar algunos objetos en la oscuridad, como puede ser la ropa blanca o los dientes, entre otros.
Cuando se enciende una bombilla con luz negra en una habitación a oscuras, solo se percibe por el ojo humano un brillo de color púrpura, pero lo que no es perceptible a simple vist es la radiación ultravioleta que emite la bombilla. El ojo humano solo es capaz de identificar la luz visible en el espectro (rango de longitudes de onda de las radiaciones) que oncluye los colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta. Por debajo del rojo están las ondas infrarrojas, y por encima del violeta está la luz ultravioleta (UV), que no es visible. La fuente natural más importante de rayos UV es el sol, que envía rayos UVA y UVB. Estos rayos no son perceptibles, pero llegan a la Tierra.
Al llegar a la Tierra, la radiación ultravioleta afecta a todos los seres vivos que están en ella. Los rayos UVB broncean la piel y causan quemaduras solares, mientras que la radiación UVA provoca daño en las capas más profundas de la piel. También existen los rayos UVC, que son absorbidos prácticamente en su totalidad por la capa de ozono. De ahí la importancia de preservar dicha capa de la atmósfera, porque los rayos que absorbe son extremadamente peligrosos.
La luz negra la produce un tipo de bombilla que emite mayoritariamente en radiación ultravioleta. Aunque muchas bombillas también emiten un tenue resplandor violeta, la mayoría de la luz que emiten está fuera del rango visible. Esta radiación es energética, por lo que excita a las moléculas, llegando a producir fluorescencia o fosforencencia. Las moléculas se excitan absorbiendo energía, pero cuando la molécula se relaja y pierde energía, se libera un fotón, lo que hace que la molécula o sustancia brille en la oscuridad.
¿Cómo puede producirse luz negra?
La lámpara de luz negra convencional se diseña como una lámpara fluorescente, aunque con un par de modificaciones. Las lámparas fluorescentes generan luz pasando electricidad a través de un tubo relleno de gas inerte y una pequeña cantidad de mercurio.
Cuando se proporciona energía a los átomos de mercurio, emiten energía en forma de fotones de luz. Aunque algunos de los fotones emitidos forman parte del rango de la luz visible, la mayoría lo hacen en la longitud de onda que pertenece al ultravioleta, es decir, son imperceptibles por el ojo humano. Las lámparas fluorescentes son capaces de convertir esta energía en luz visible, que se consigue mediante una capa de fósforo alrededor del exterior del tubo.
El fósforo permite que se emita luz, o produce fluorescencia, cuando se expone a la luz. Al chocar un fotón con un átomo de fósforo, uno de los electrones de fósforo salta a un nivel energético superior, a la vez que vibra y genera calor. Cuando vuelve a su estado energético fundamental, libera energía en forma de otro fotón, que tendrá menor energía que el original, porque la perdió en forma de calor mientras vibraba. Es la luz de la emisión de este fotón la que se ve en el espectro visible en forma de luz blanca gracias a las lámparas fluorescentes.
Las luces negras trabajan de manera similar. En realidad existen dos tipos diferentes de luz negra, pero que funcionan bajo el mismo principio:
- Un tubo de luz negra es básicamente una lámpara fluorescente con un tipo diferente de recubrimiento de fósforo. Este recubrimiento absorbe las radiaciones nocivas de UV-B y UV-C que son de onda corta, mientras que emite luz UV-A (básicamente, el fósforo de una lámpara fluorescente absorbe la luz UV y emite luz visible). Lo que sería el tubo fluorescente en sí mismo bloquea la mayoría de la luz visible, por lo que al final solo pasa la luz UV-A benigna de onda larga, junto con algo de luz visible azul y violeta.
- La bombilla incandescente de luz negra es similar a una bombilla normal que se usa en cualquier hogar, pero con la particularidad de tener un filtro que absorbe la luz del filamento calentado, excepto la luz infrarroja y la UVA, aunque también algo de la luz visible.
Tanto en el tubo como en la bombilla, la emisión de luz UV reacciona con el recubrimiento de fósforo, que brilla mientras la luz ultravioleta irradie sobre él.
Materiales para producir la fosforescencia
El fósforo empleado para que se dé la reacción fosforescente se fabrica a partir de un material enriquecido con otros elementos, como por ejemplo el zinc activado por cobre y el sulfuro de zinc. Esos materiales se denominan hospedantes, porque son capaces de albergar el electrón o electrones que cambian de nivel energético.
También se les añade una serie de activadores que prolongan el tiempo de emisión, y otra serie de elementos que apagan el resplandor, acortando el periodo de desintegración que permite que el fósforo emita radiación.
Ya sea añadiendo unos elementos u otros, el recubrimiento se hace a partir de polvo de fósforo que se produce a baja temperatura, y que requiere un proceso de producción que se realiza en varios pasos. El material obtenido se debe triturar para obtener el tamaño de grano deseado, ya que si se excede dicho tamaño, se produce un revestimiento de mala calidad, mientras que el grano fino en exceso produce menos luz y se degrada rápidamente.
El polvo de fósforo también necesita un proceso de cocción, que debe controlarse para evitar tanto que los activadores del fósforo se oxiden, así como que se contaminen del resto de elementos que puede haber en el proceso. Tras la molienda, el fósforo se puede lavar para eliminar el exceso menor de elementos activadores. No se debe permitir que los elementos volátiles se escapen durante el procesamiento. En la actualidad, se han cambiado la composición de los elementos que se añaden al polvo de fósforo para evitar elementos tóxicos, como eran el berilio, el cadmio y el talio.
Con el paso del tiempo, el fósforo pierde eficacia gradualmente por varios mecanismos, como por ejemplo el cambio de valencia de los elementos empleados como activadores por el proceso de oxidación. De esta manera, la red cristalina se degrada, y los átomos, mayoritariamente los que forman parte de los activadores, se difunden a través del material, por lo que la superficie experimenta reacciones químicas con el medio ambiente, con la consiguiente pérdida de eficiencia o la acumulación de una capa que absorbe la excitación o la energía irradiada, entre otros problemas.
La degradación o pérdida de electroluminiscencia, independientemente del dispositivo, depende de la frecuencia de la corriente de conducción, el nivel de luminancia y la temperatura; la humedad también perjudica notablemente la vida útil del fósforo.
Algunos ejemplos de objetos y sustancias que brillan en la oscuridad
- Tónica aromatizada con quinina.
- Algunos complejos vitamínicos y medicamentos que incluyen la vitamina B12 suele brillar dando color amarillo.
- La clorofila brilla con color rojo.
- Los huesos de camaleón, brillan en azul intenso, visible a través de la piel viva.
- Los escorpiones brillan en azul o verd.e
- Los dientes habitualmente brillan en blanco intenso bajo este tipo de luz.
- Anticongelantes.
- Los minerales fluorescentes brillan con diferentes colores.
- Muchas piedras preciosas, incluyendo los rubíes, refulgen con la luz negra.
- Aproximadamente la cuarta parte de los diamantes brillan con diferentes colores.
- Algunos fluidos corporales, como la orina y la sangre.
- Los billetes de banco.
Referencias
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