Introducción a la relatividad (1)

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La naturaleza de la luz
Wendy Torres
Luis ángel Funez Galván 
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La luz consiste de paquetes de energía que fluyen constantemente del sol en todas direcciones. A esos paquetes se les llama 'fotones'. Cada fotón es una entidad discreta de radiación electromagnética con una frecuencia de vibración de campo electromagnético y longitud de onda característicos. Tanto la longitud de onda como la frecuencia están directamente relacionadas con la energía de un fotón. 
INTRODUCCIÓN 
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Absorción de la luz por las biomoléculas
¿Qué es lo que hace que la luz interaccione con las moléculas en las células? La respuesta mas simple es que los electrones de los enlaces dobles conjugados (aquellos donde los enlaces dobles se encuentran entre pares alternos de átomos de carbono; por ejemplo: C-C=C-C=C-C ) son capaces de absorber la energía de los fotones. Los electrones se encuentran distribuidos usualmente en pares en los orbitales de átomos y moléculas. En cada par, los electrones giran en direcciones opuestas, de tal modo que se mantienen en equilibrio. Es decir, dos electrones que giran en la misma dirección no pueden ocupar el mismo orbital.
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Un electrón debe absorber totalmente la energía de un fotón. Es decir, un electrón no puede absorber solo parte de la energía de un fotón. 
Si la energía de un fotón no es exactamente igual a la diferencia de energía entre el orbital basal y el orbital excitado, el fotón no podrá ser absorbido y entonces continuará su ruta en el espacio, alejándose de la molécula. 
El proceso de absorción de energía es prácticamente instantáneo (alrededor de 10-15 sec). Una vez que su energía es absorbida, el fotón deja de existir. 
Aunque el fotón desaparece, su energía es conservada en el electrón que ha sido excitado. La energía así atrapada queda potencialmente disponible para las reacciones fotoquímicas.
Existen varias características del proceso de absorción de energía que deben ser entendidas:
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Mecanismos de disipación de energía
Las moléculas que contienen electrones en un estado excitado generalmente no se mantienen así por mucho tiempo. Existen diferentes mecanismos por medio de los cuales las moléculas pueden disipar la energía retenida por los electrones estados excitados. Dos de estos mecanismos se muestran en la Figura 3, Desintegración. Por medio de un mecanismo conocido como fluorescencia, un electrón desciende de un estado excitado a un estado basal mediante la emisión de un fotón.
Fotoquímica
La energía contenida en los electrones excitados en el estado simple puede ser utilizada para llevar a cabo reacciones químicas. Los tipos de reacciones que pueden ser favorecidas por la absorción de energía luminosa son diversas e incluyen reacciones de isomerización del tipo cis-trans como las que ocurren en la visión, la producción de vitamina D y los daños causados al ADN por la luz ultravioleta. Respecto a la fotosíntesis, la importancia de la luz radica en que ésta permite las reacciones de oxidación y de reducción (frecuentemente abreviadas como reacciones de óxido-reducción o redox) (Figura 6, Reacciones redox).
Daños biológicos causados por la luz
Debido a que la absorción de energía permite a una molécula participar en reacciones fotoquímicas, existe la posibilidad de que dichas moléculas participen en reacciones indeseables que pueden causar daños biológicos. De hecho, existen muchas moléculas que absorben energía luminosa y causan daños celulares al actuar como fotosensibilizadores (también llamados agentes fotodinámicos). Algunos ejemplos de fotosensibilizadores son la cerosporina, una molécula producida por algunos hongos fitopatógenos que en presencia de luz causa daños a las membranas celulares, y las fagopirinas, que son producidas por la enredadera anual Polygonum convolvulus y que causa fotosensibilización en los animales que de ella se alimentan.
Resumen de la Interacción de la Luz con las Biomoléculas
Las células y organismos que componen los sistemas biológicos requieren de un abastecimiento constante de energía para mantenerse vivos. Para casi todos los organismos, esta energía proviene de la luz solar. Esta se presenta en forma de paquetes de energía llamados fotones, los cuales presentan longitudes de onda características. Así, por ejemplo, los fotones en el rango de la luz visible presentan longitudes de onda entre 400 nm (azul) y 700 nm (roja). Los fotones con menor longitud de onda presentan mayor energía que aquellos con una longitud de onda mayor. 
Degradación térmica 
Fluorescencia 
Transferencia de energía 
Conversión a un estado triplete (fotoquímica) 
Dualidad onda - corpúsculo
Radiación del cuerpo negro: Todos los objetos emiten radiación electromagnética. Un cuerpo negro es una herramienta teórica que usamos para estudiar dicha emisión. Se trataría de un objeto ideal capaz de absorber toda la luz y energía radiante que incide sobre él y, a su vez, emitirla, sin reflejar nada. El estudio preciso de este instrumento queda fuera del alcance de este nivel, pero hay que señalar que cuando se comenzó a medir el espectro de dicha radiación en distintos objetos, es decir, la intensidad de radiación emitida a diferentes longitudes de onda, se dieron cuenta que dicho espectro se modificaba con la temperatura, pero no era afectado en modo alguno por la índole de la sustancia que emitía la radiación.
Efecto fotoeléctrico: Se trata de la emisión de electrones producida por determinadas sustancias, principalmente metales, cuando sobre ellas incide una rayo luminoso u otra radiación. Para que se desencadene el fenómeno, la luz incidente sobre el metal debe contar, al menos, con una determinada frecuencia umbral. 
Referencias 
Donat-Peter Hader and Manfred Tevini. 1987. General Photobiology. Pergamon Press, New York. 
Kendric C. Smith (Ed.) 1989. The Science of Photobiology (second edition). Plenum Press, New York.