Fluorescencia y Fosforescencia

Willemita de la mina Franklin de N. Jersey (EE:UU) posiblemente el mineral fluoresecente más bello del mundo (Colección particular L. Monje)

Dicen que la fosforescencia es como la amistad, que resplandece mejor cuando impera la oscuridad y, en efecto, la fosforescencia natural es a veces un fenómeno tan sutil que solo se puede observar en la más débil de las penumbras. Esta semana he trabajado en la oscuridad de mi laboratorio con minerales luminiscentes y luz ultravioleta, así que quiero hacerles partícipes de su belleza, su magia y sus peculiaridades.

Fluorescencia y fosforescencia son dos fenómenos íntimamente ligados tanto en su origen físico como en su espectacularidad ya que, además, casi todos los objetos fosforescentes son también fluorescentes, aunque no suceda lo mismo a la inversa. En síntesis, cuando un objeto fluorescente se ilumina con luz de una longitud de onda concreta, en nuestro caso con luz ultravioleta y, por tanto, invisible, responde emitiendo una luz de otro color cuya duración será igual al tiempo de su iluminación. Si una vez apagada la luz el objeto sigue emitiendo luz, entonces hablamos de fosforescencia. La diferencia entre la longitud de onda de la luz de excitación y la luz que emite el objeto, es lo que se llama desplazamiento de Stokes, una propiedad específica de cada sustancia fluorescente. Fue precisamente Stokes, un físico irlandés, el primero que, con poca originalidad pero con mucha precisión, acuñó el término fluorescencia dado que lo estudió sobre un mineral de fluorita. Por idéntico motivo, la fosforescencia debe su nombre a que se observó por primera vez en derivados del fósforo.

Ambos fenómenos suceden cuando una sustancia contiene una pequeñísima cantidad de un elemento activador (entre ellos se cuentan metales pesados como el plomo, el cromo, el uranio o el titanio, y tierras raras como el europio, el terbio, el disprosio y un largo etcétera de elementos de la tabla periódica que, por sus nombres, más parecen un censo de palurdos) que altera atómicamente su estructura sin apenas afectar a su composición general, de forma que sus átomos son susceptibles de ser excitados mientras que la sustancia se queda como si tal cosa . La excitación de un átomo generalmente ocurre cuando se iluminan con una luz capaz de suministrar una energía extra a los electrones de las últimas órbitas del átomo. La luz más efectiva suele ser la ultravioleta que tiene mayor energía.

Los electrones excitados saltan momentáneamente a un nivel superior y, al relajarse y volver a su orbital natural, emiten la energía sobrante en forma de una luz con menor energía que la que les sacó de sus casillas; perdón, de su órbita. Esto quiere decir, por ejemplo, que si iluminamos con luz ultravioleta de 350 nm pueden emitir luz roja de 600 nm. Cada longitud de onda excita un tipo de átomos y estos emiten un color concreto. De esta forma, con luces ultravioletas de distintos tipos obtendremos colores diferentes, lo cual les vale a los geólogos para caracterizar una roca o un mineral.

Para fotografiar estos minerales se usan, en condiciones de total oscuridad, luces ultravioletas dotadas de filtros de Wood para que no emitan nada de luz visible y poder captar únicamente el vivo color de emisión en todo su esplendor. Como siempre se escapa algo de luz añil de la lámpara, para que quede el color más puro hay que colocar un filtro amarillo muy pálido (Wratten 2B) delante del objetivo. Las luces negras de 380 nm que se usan para detectar billetes falsos solo son efectivas para algunas sustancias, pero para los minerales más espectaculares se precisan de onda más corta (250-350 nm). Por su mayor poder energético, estas luces, como sucede con los rayos UVC y R-x, son ya peligrosas porque son capaces de romper la cadena de ADN. Cataratas, manchas de piel, quemaduras y carcinomas son los efectos más destacados si se trabaja ante ellas sin protección.

El mineral que encabeza el artículo puede que sea el más bello del mundo. Es un ejemplar de willemita de la famosa mina Franklin de Nueva Jersey, EEUU. Fue encontrado por primera vez en 1830 en Kelmis (Bélgica) y se nombró así en honor al rey belga Willem I (1772–1843,). El resto de las imágenes son de calcita, adamita, y rubíes.

Un extraño tipo de calcita muy especial que, para mis sorpresa, al acabar la excitación con onda corta, seguía emitiendo luz, con lo que además de fluorescente es fosforescente.

La calcita conserva además durante varios segundos una mágica fosforescencia azul. A veces imagino que estar en una cueva con paredes de este mineral y reposar envuelto en su tenue resplandor azulado, debe ser como dormitar sobre un níveo colchón de nubes iluminado por la Luna.