Fosforescencia

Qué es la fosforescencia

Para entender la fosforescencia conviene partir de lo que ocurre cuando una molécula absorbe un fotón. Uno de sus electrones salta del estado electrónico basal (un singlete, S0) a un estado excitado singlete (S1). En la fluorescencia, el electrón regresa directamente desde S1 a S0 emitiendo luz: el espín no cambia y la transición es rápida. En la fosforescencia, el recorrido es diferente. Antes de regresar a S0, el electrón sufre un cruce entre sistemas (intersystem crossing, ISC) y pasa a un estado excitado triplete (T1), en el que su espín se invierte y queda paralelo al del electrón que permanece en el orbital original.

El regreso desde T1 hasta S0 exige una nueva inversión de espín. Las reglas de selección de la mecánica cuántica prohíben esa transición en primera aproximación, lo que no significa que sea imposible, sino que resulta muy poco probable y, por tanto, lenta. Esa improbabilidad es lo que explica la persistencia de la emisión: la molécula permanece «atrapada» en el estado triplete durante un tiempo que puede ir desde microsegundos hasta minutos, y solo gradualmente va liberando la energía almacenada en forma de fotones.

Del fósforo alquímico a la física moderna

El término fosforescencia deriva del griego φῶς (phōs, «luz») y φέρειν (pherein, «llevar»), a través del latín phosphorus, «portador de luz». El nombre se acuñó a finales del siglo XVIII, pero el fenómeno era conocido desde mucho antes. En 1602, el zapatero y alquimista boloñés Vincenzo Cascariolo observó que una piedra calcinada (barita, sulfato de bario) brillaba en la oscuridad tras haber sido expuesta al sol. Esa «piedra de Bolonia» se convirtió en objeto de fascinación durante más de un siglo.

Hennig Brand descubrió el fósforo elemental en 1669 al destilar orina, y el brillo verdoso de ese elemento consolidó la asociación popular entre el nombre y la emisión luminosa. Hoy sabemos que el brillo del fósforo blanco en el aire se debe en realidad a una reacción de oxidación lenta (quimioluminiscencia), no a una transición triplete-singlete, de modo que, paradójicamente, el fósforo no es fosforescente en sentido estricto.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia práctica hay entre fluorescencia y fosforescencia?

La más visible es la duración. Si se ilumina una muestra con luz ultravioleta y se apaga la fuente, la fluorescencia desaparece al instante, mientras que un material fosforescente sigue emitiendo luz perceptible durante segundos o más. En el laboratorio, la distinción se establece midiendo el tiempo de vida del estado excitado: nanosegundos para la fluorescencia, microsegundos a segundos para la fosforescencia.

¿Se utiliza la fosforescencia en medicina?

Sí, aunque de forma más restringida que la fluorescencia. Los compuestos fosforescentes que contienen metales pesados (iridio, rutenio, europio) se emplean como sondas de oxígeno en imagen óptica, porque la duración de la fosforescencia varía con la concentración de oxígeno circundante. También se han utilizado nanopartículas fosforescentes de larga duración en técnicas de imagen preclínica para evitar la autofluorescencia de los tejidos biológicos.

¿Qué tiene que ver el acoplamiento espín-órbita?

El cruce entre sistemas (del singlete al triplete) solo ocurre de forma eficiente en moléculas con un acoplamiento espín-órbita alto, fenómeno que se intensifica con la masa atómica. Por eso las moléculas fosforescentes suelen contener átomos pesados como el bromo, el iridio o el platino, y las moléculas orgánicas ligeras rara vez muestran fosforescencia a temperatura ambiente.

Referencias

1. LibreTexts Español. Teoría de Fluorescencia y Fosforescencia.
2. JoVE Science Education. Fotoluminiscencia: fluorescencia y fosforescencia.
3. LibreTexts Español. Espectroscopia de fotoluminiscencia, fosforescencia y fluorescencia.
4. Diccionario Etimológico. Etimología de fosforescente.