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Química, Luz y Color
Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad
CENQUIOR-CSIC, Madrid, 26 de noviembre de 2015
Pedro J. Campos
El 20 de diciembre de 2013, la Organización de las Naciones Unidas (ONU), en su
68ª Asamblea Anual proclamó 2015 como el:
Año Internacional de la Luz y las Tecnologías basadas en la Luz.
http://www.light2015.org
http://www.luz2015.es
Hechos históricos 2015:
•  1015. Ibn Al-Haytham (Alhazen), estudios de óptica
•  1815, Fresnel, carácter ondulatorio de la luz
•  1865, Maxwell, teoría electromagnética de propagación de luz
•  1905, Einstein, efecto fotoeléctrico
•  1915, Einstein, relatividad general, la luz en la cosmología
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http://www.light2015.org
Por qué
importa la luz
Fotónica
Energía
Impacto económico Conectando el mundo …..
Temas
sobre la luz
Láseres
La luz y la vida La luz y la naturaleza Fuentes de luz
Arte y cultura
Y mucho más:
Aplicaciones tecnológicas, luces cósmicas, luz para el desarrollo,
historias…..
¿ Y la Química y la luz???
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Revista Angewandte Chemie:
Número 39 de 2015, especial IYL, 21 de septiembre de 2015
Editorial del Prof. Thorsten Bach, Tech. Univ. Munich
More Chemistry with Light! More Light in Chemistry!
No encuentra conexión en
IYL de la Química y la Luz
¿Por qué la Química es
ignorada cuando se
habla de la luz?
Importancia de la conexión Luz-Química: Fotoquímica
•  Nuevas estructuras, moléculas, fármacos
•  Química con energía solar, fotosíntesis artificial
•  Interdisciplinariedad fotoquímica:
  Dispositivos moleculares accionados con luz
  Imágenes biológicas
  OLED’s
  Terapia fotodinámica
  Fotovoltaica….
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QUÍMICA Y LUZ
Otras contribuciones:
M.D.E. Forbes What We Talk About When We Talk About Light, ACS Cent. Sci. 2015, 1, 354.
M. Francl The enlightenment of chemistry, Nature Chemistry 2015, 7, 761.
J. Kemsley, Illuminating Chemistry, Chemical & Engineering News, october 12, 2015
Raymond Carver
1938-1988
Sello israelí de 2015. Visión e IYL
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QUÍMICA Y LUZ: Fotoquímica
FOTOQUÍMICA: descripción de los fenómenos físicos y químicos inducidos
por la absorción de fotones en sistemas químicos (átomos, moléculas,
cristales...)
Importancia de procesos fotoquímicos
Primeras biomoléculas: Atmósfera primitiva 
NH3, H2O + hν"
CH4,
Fotosíntesis: CO2 + H2O + hν → (CH2O)n + O2
Energía solar: Calor directo, MOST (Molecular Solar Thermal)
Conversión en electricidad
Conversión química
Procesos industriales: caprolactama, vitamina D, fotocloración
(disolventes, insecticidas, polímeros..)
Un visionario, Giacomo Ciamician (1857-1922):
“Energía solar… en áridas regiones se levantarán
colonias industriales sin humo, ni chimeneas.
Bosques de tubos de vidrio se levantarán en las
llanuras y edificios de cristal crecerán….” (1912)
QUÍMICA VERDE
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Historia de la Fotoquímica
Antigüedad: Tecnología solar
•  Alejandro Magno, “fotocromismo militar”
•  Fuente de calor: Arquímedes (S. III, a.C.), A. Libavius (S.
XVI), espejos y lentes.
•  J. Priestley, A. Lavoisier (S. XVIII)
Primeras reacciones fotoquímicas
•  C.W. Scheele, 1777, descomposición de AgCl por la luz
con liberación de cloro y plata (Fotografía!)
•  J.W. Döbereiner, 1831, reducción de oxalato de FeIII con
luz a FeII. Otras reducciones fotoquímicas de Ag, Pt, Ir
•  Fotoquímica orgánica, reacción de la santonina. Antihelmíntico natural sacado de plantas artemisia (1830).
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Comienzos de la Fotoquímica
Fotoquímica de la santonina
•  H. Trommsdorff, 1834, santonina se vuelve amarilla al sol y sus cristales se
rompen. Propone que se forma “una modificación isomérica”.
•  W. Heldt (1847) lo confirma, “santoninas blanca y amarilla son idénticas en
composición pero diferentes en su construcción molecular”
1839-1904
•  Fausto A. Sestini (1866-82) y después S. Cannizzaro (1876-86) estudian las
reacciones y proponen estructuras de los fotoproductos.
•  En 1965 se identifican todos los fotoproductos (J.D.M. Asher, G.A. Sim,
J.Chem.Soc. 1965, 1584).
Fotodimerización de antraceno
•  J. Fritzsche en 1867 observó que el antraceno en benceno daba un sólido
insoluble (“parafoteno”) con la luz solar. Como formaba antraceno al fundir,
concluyó que era un “polímero”.
1826-1910
•  En 1891 se determina la masa molecular (dímero) y Linebarger (1892)
propone la estructura que se confirma en 1966 por difracción de rayos X.
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Comienzos de la Fotoquímica
Otros primitivos fotoquímicos
Escuela fotoquímica italiana: 1860-1914
•  F. Sestini, Escuela Agraria, Pisa. Santonina.
•  S. Cannizzaro, 1826-1910, Univ. Palermo, Roma.
Santonina.
•  G. Ciamician, Univ. Roma (1885) – Bolonia
(1889-1921). Santonina, fotoreducciones.
Escuela Fotoquímica de Bolonia.
•  P. Silber, Bolonia, colaborador de Ciamician.
•  E. Paterno, 1847-1935, Palermo y Roma,
discípulo de Cannizzaro. Cicloadición [2+2].
Emanuele Paterno
W.H. Perkin, 1838-1907
Isomerización cis-trans
de alquenos
Ciamician y Silber en Bolonia
C.T. Liebermann, 1842-1914
Dimerización timoquinona.
Primer proceso [2+2]
Ciamician en la terraza de Bolonia
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Química, luz y color
Isaac Newton (1642-1727)
Robert Boyle (1627-1691)
Los colores de la luz solar
El espectro de la luz
Newton, 1666
Teoría de los colores,
Newton, Opticks, 1704
Experimental History of Colours, 1664
El color como herramienta química:
Química Analítica
(Boyle Summer School, Irlanda, 2016)
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Química, luz y color
Robert Bunsen
1811-1899
Espectroscopía
-  Emisión
Espectroscopio de Bunsen y Kirchhoff (1860)
-  Absorción
-  Atómica
-  Molecular: IR, RMN, UV..
Luces atómicas
Láseres
Láser de rubí (1960)
G. Claude, 1902
T. Maiman
(1927-2007)
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Química, luz y color
Luminiscencia: emisión espontánea de
radiación (luz visible..) después de que
una sustancia haya absorbido energía
Bioluminiscencia: emisión de luz
de organismos vivos
Quimioluminiscencia: emisión de luz por
una reacción química
•  Lenta oxidación del fósforo blanco
•  Luminol y la detección de sangre
•  “Luz química”
Electroluminiscencia: Emisión de luz en respuesta al paso
de una corriente eléctrica o a un campo eléctrico intenso.
Estos materiales suelen ser semiconductores.
Descubierto en 1907 en SiC y es el fundamento de los
modernos LED (Light Emitting Diode, Biard, Holonyak, 1962)
La Química y los LEDs (ledes)?
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Química, luz y color
Ledes: requieren compuestos semiconductores
Semiconductores metálicos: GaAlAs (rojo, 660 nm), GaP (verde, 555), GaN (azul, 470),
InGaN (azul, alta intensidad, PNF 2014)
Polímeros orgánicos semiconductores: OLED
Ledes esenciales para la Química
•  Luces monocromáticas, frías y a bajo precio
poli(p-fenileno vinileno).
Otra herramienta fundamental para la Química (Fotoquímica)
LÁSERES
Tira de led RGB
 Luces monocromáticas de alta intensidad
(Fotoquímica)
 Fuentes de radiación en técnicas espectroscópicas
(MALDI, LIF, IR-Raman, etc.)
 Estudios mecanísticos (detección de intermedios, LFP,
espectroscopia “Pump-probe”...)
 Separación isotópica: fotoionización, fotodisociación, etc
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Química, luz y color
Color: Sensación producida por la luz que impresiona los
órganos visuales y que depende de la longitud de onda (RAE).
Estructura del ojo:
Fo
Fotón
tó
n
Fotorreceptores
3 tipos de conos
Varios tipos de proteínas opsinas
•  Eritropsina, sensible a ~ 650 nm (rojo)
•  Cloropsina, ~ 530 nm (verde)
•  Cianopsina, ~ 430 nm (azul)
El cerebro interpreta los colores según los estímulos de los conos
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Química, luz y color
La Química utiliza la Naturaleza como modelo: Sistemas Biomiméticos
Ejemplo: Retinal como modelo de interruptores y motores moleculares
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Química, luz y color
La Química utiliza la Naturaleza como modelo: Sistemas Biomiméticos
Ejemplo: Retinal como modelo de interruptores y motores moleculares
Fo
tó
n
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Química, luz y color
La Química utiliza la Naturaleza como modelo: Sistemas Biomiméticos
Ejemplo: Retinal como modelo de interruptores y motores moleculares
Diseño computacional (D. Sampedro, Univ. Siena,
La Rioja…)
Síntesis de prototipos (Univ. La Rioja)
Unión de interruptores a péptidos modelo
(Univ. La Rioja, Univ. Toronto)
Proto%po'experimental'
Fo
tó
n
J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6960−6963
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Química, luz y color
Color: no solo depende del tipo de material, también de forma, tamaño de partícula..
Nanociencia-Nanotecnología
Ejemplos de relación color-tamaño
Suspensiones de CdSe/ZnS de
diferente tamaño
Copa Licurgo, S. IV, Roma.
Luz reflejada, verde
Luz trasmitida, roja
Nanopartículas de Au
Estudiada por Faraday, S. XIX
Un camaleón??
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Química, luz y color
Los colores del camaleón
Camaleón común
(Chamaeleo chamaeleon)
Sur de España
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Fotoquímica en el siglo XXI
Volvemos a los retos de la Luz-Química (Fotoquímica)
Nuevas reacciones con
control de quiralidad
Fotocatálisis enantioselectiva.
Obtención de nuevas estructuras (fármacos..)
Fotoquímica solar
Química con energía solar
Sistemas moleculares termo-solares (MOST)
Fotosíntesis artificial
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Fotoquímica en el siglo XXI
Retos de la Luz-Química (Fotoquímica)
Imágenes biológicas
Aplicaciones biológicas
(Fotobiología)
Nuevos compuestos
para tecnología de la luz
Terapia fotodinámica
LEDes, OLEDes, Láseres
Fotovoltaica
Dispositivos moleculares fotocontrolados
(Interruptores y motores)
Fotofísica y Fotoquímica
a tiempos muy cortos
Fotoquímica
Computacional
Espectroscopias a escalas de
femto y attosegundos
Pump-probe
Femtoquímica
Y OTROS MUCHOS RETOS…….
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Muchas gracias
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Química, luz y color. Bibliografía
•  T. Bach, “More Chemistry with light! More Light in Chemistry”, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54,
11294.
•  T. Bach, et al. “Enantioselective Catalysis of Photochemical Reactions”, Angew. Chem. Int. Ed.
2015, 55, 3872.
•  P. Edmons, “A todo color”, National Geographic España, septiembre 2015, 80.
•  M.D.E. Forbes, “What We Talk About When We Talk About Light”, ACS Cent. Sci. 2015, 1, 354.
•  M. Francl, “The enlightenment of chemistry”, Nature Chemistry 2015, 7, 761.
•  N. Hoffmann, “Photochemical Reactions as Key Steps in Organic Synthesis”, Chem. Rev. 2008,
108, 1052.
•  J. Kemsley, “Illuminating Chemistry”, Chemical & Engineering News, october 12, 2015.
•  G. Nebbia, G.B. Kauffman, “Prophet of Solar Energy: A Retrospective View of Giacomo
Ciamician, the Founder of Green Chemistry” Chem. Educator 2007, 12, 362.
•  H. Roth, “The Beginnings of Organic Photochemistry”, Angew. Chem. Int. Ed. 1989, 28, 1193.
•  W. H. Brock, "Historia de la Química", Alianza Editorial, Madrid, 1998.
•  J. Hudson, "The History of Chemistry", Chapman & Hall, New York, 1994
•  N. Turro, V. Ramamurthy, J.C. Scaiano, “Principles of Molecular Photochemistry”, Univ. Sci.
Books, Sausalito, CA, 2009.
•  P. Suppan, “Chemistry and Light”, RSC, Cambridge, UK, 1994.
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