Candoluminiscencia

La candoluminiscencia es la luz emitida por ciertos materiales a temperaturas elevadas (generalmente cuando se exponen a una llama ) que tiene una intensidad en algunas longitudes de onda que puede, debido a la acción química en las llamas, ser mayor que la emisión de cuerpo negro esperada de la incandescencia a la misma temperatura. ^{[ 1 ]} El fenómeno es notable en ciertos materiales de óxido de metales de transición y tierras raras ( cerámicas ) como el óxido de zinc , el óxido de cerio(IV) y el dióxido de torio .

La existencia del fenómeno de la candoluminiscencia y su mecanismo subyacente han sido objeto de extensa investigación y debate desde los primeros informes al respecto en el siglo XIX. El tema despertó especial interés antes de la introducción de la iluminación eléctrica, cuando la mayor parte de la luz artificial se producía mediante la combustión de combustibles. La principal explicación alternativa para la candoluminiscencia es que se trata simplemente de una emisión térmica "selectiva", en la que el material presenta una emisividad muy alta en el espectro visible y una emisividad muy baja en la parte del espectro donde la emisión térmica de un cuerpo negro sería máxima; en un sistema así, el material emisor tenderá a retener una temperatura más alta debido a la falta de enfriamiento radiativo invisible. En este escenario, las observaciones de candoluminiscencia simplemente habrían subestimado la temperatura del material emisor. Varios autores en la década de 1950 llegaron a la conclusión de que la candoluminiscencia era simplemente un caso de emisión térmica selectiva, y uno de los investigadores más destacados en el campo, VA Sokolov, abogó en su momento por eliminar el término de la literatura en su conocido artículo de revisión de 1952, ^{[ 2 ]} para luego revisar su opinión varios años después. ^{[ 1 ]} El consenso científico actual es que la candoluminiscencia sí ocurre, que no siempre se debe simplemente a la emisión térmica selectiva, sino que los mecanismos varían según los materiales involucrados y el método de calentamiento, en particular el tipo de llama y la posición del material con respecto a la llama. ^{[ 1 ]}

Cuando el combustible en una llama se quema, la energía liberada por el proceso de combustión se deposita en los productos de combustión, generalmente fragmentos moleculares llamados radicales libres . Los productos de combustión se excitan a una temperatura muy alta llamada temperatura de llama adiabática (es decir, la temperatura antes de que se haya transferido cualquier calor desde los productos de combustión). Esta temperatura suele ser mucho más alta que la temperatura del aire en la llama o que puede alcanzar un objeto insertado en ella. Cuando los productos de combustión pierden esta energía por emisión radiativa, la radiación puede ser más intensa que la de un cuerpo negro a menor temperatura insertado en la llama. El proceso de emisión exacto involucrado varía según el material, el tipo de combustibles y oxidantes, y el tipo de llama, aunque en muchos casos está bien establecido que los radicales libres experimentan recombinación radiativa . ^{[ 3 ]} Esta luz energética emitida directamente por los productos de combustión puede observarse directamente (como en una llama de gas azul), dependiendo de la longitud de onda, o puede causar fluorescencia en el material candoluminiscente. Algunas recombinaciones de radicales libres emiten luz ultravioleta , que solo se puede observar mediante fluorescencia.

Un mecanismo importante de candoluminiscencia es que el material candoluminiscente cataliza la recombinación, aumentando la intensidad de la emisión. ^{[ 1 ]} La emisión de longitud de onda extremadamente estrecha por los productos de combustión suele ser una característica importante en este proceso, ya que reduce la velocidad a la que los radicales libres pierden calor por radiación en longitudes de onda invisibles o que no excitan la fluorescencia. En otros casos, se cree que los productos de combustión excitados transfieren directamente su energía a especies luminiscentes en el material sólido. En cualquier caso, la característica clave de la candoluminiscencia es que los productos de combustión pierden su energía por radiación sin termalizarse con el entorno, lo que permite que la temperatura efectiva de su radiación sea mucho mayor que la de la emisión térmica de materiales en equilibrio térmico con el entorno.

A principios del siglo XX, hubo un intenso debate sobre si la candoluminiscencia era necesaria para explicar el comportamiento de las capas de gas de Welsbach o la luz de cal . Un contraargumento fue que, dado que el óxido de torio (por ejemplo) tiene una emisividad mucho menor en la región del infrarrojo cercano que en las partes de longitud de onda más corta del espectro visible, no debería enfriarse fuertemente por la radiación infrarroja, y por lo tanto, una capa de óxido de torio puede acercarse más a la temperatura de la llama que un cuerpo negro. La temperatura más alta daría lugar entonces a mayores niveles de emisión en la porción visible del espectro, sin necesidad de recurrir a la candoluminiscencia como explicación. ^{[ 4 ]}

Otro argumento fue que los óxidos en el manto podrían estar absorbiendo activamente los productos de combustión y, por lo tanto, elevándose selectivamente a las temperaturas de los productos de combustión. ^{[ 5 ]} Algunos autores más recientes parecen haber concluido que ni los mantos de Welsbach ni la luz de cal implican candoluminiscencia (por ejemplo, Mason ^{[ 3 ]} ), pero Ivey, en una extensa revisión de 254 fuentes, ^{[ 1 ]} concluyó que la catálisis de la recombinación de radicales libres sí mejora la emisión de los mantos de Welsbach, de modo que son candoluminiscentes.

• Bombilla incandescente : bombilla eléctrica con filamento de alambre calentado por resistencia. 
• Termoluminiscencia : Luz que se produce por la reemisión de la energía absorbida cuando una sustancia se calienta.