Caminas por el bosque y el sol se está poniendo. Entre la niebla y los árboles aparece un rayo de luz anaranjado muy fotogénico. Lo mismo sucede cuando abres la ventana del desván, un rayo de luz penetra y miles de pequeños destellos inundan el haz de luz, pudiéndose observar las motas de polvo suspendidas en el ambiente.
Este romántico efecto tiene una explicación científica. Es un fenómeno físico llamado efecto Tyndall y gracias a él podemos vislumbrar las partículas coloidales que forman parte de disoluciones acuosas o que flotan en el aire.
En el artículo de hoy explicaremos en qué consiste este mágico efecto, que a veces se ha tomado como algún efecto paranormal y que, sin embargo, es producto de la física clásica. Para ello, haremos una breve descripción de qué es la luz y los coloides, para dar paso finalmente a la explicación del efecto.
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¿Qué es exactamente la luz?
Antes de nada, creemos que es importante definir qué es la luz. La luz es una radiación electromagnética que se transmite a través de ondas cuyo reflejo ilumina las superficies y nos permite ver los objetos y los colores de nuestro alrededor.
Pero el espectro de la radiación electromagnética es muy amplio. En el extremo de las ondas más largas tenemos el tipo de radiación como el de las ondas de radio y justo en el otro extremo, encontramos las ondas más cortas dónde hay los rayos gamma. Ambos extremos no son apreciables para el ojo humano.
El ojo humano sólo puede distinguir los colores que se sitúan dentro de los que se denomina el espectro visible de la luz, que son las ondas que se sitúan entre la luz infrarroja y la luz ultravioleta.
La luz, como cualquier onda se encuentra sometida a fenómenos de reflexión y refracción. La reflexión de la luz ocurre cuando un rayo de luz incide sobre una superficie opaca. que hace que la luz se refleje en distintas direcciones o en una sola dirección (como ocurre con los espejos).
Por otro lado, la refracción es el cambio de dirección y velocidad que experimenta una onda al àsar de un medio a otro con distinto índice refractivo. Sería el caso de cuando la luz solar, incide en en el mar. Como el agua tiene unas propiedades reflectivas distintas a la del aire, el haz de luz cambia de dirección.
El estado coloidal de la materia
Para entender mejor el efecto Tyndall, es indispensable que conozcamos el estado coloidal de la materia. Es una condición que tiene una mezcla cuando uno de sus elementos, en estado sólido, se encuentra disperso en otro que se halla en estado líquido o bien estado gaseoso. Un coloide, pues, es un sólido disperso en un líquido o un gas.
Se suele afirmar que una mezcla se encuentra en estado coloidal cuando en su interior hay dos fases químicas al mismo tiempo. El coloide está formado por dos fases, las cuales se conocen como fase dispersa y fase fluida. La fase dispersa corresponde al sólido, que está compuesto por partículas muy pequeñas que miden entre 1 y 1.000 nanómetros. Por lo que respecta a la fase fluida, está constituida por un líquido (como el agua) o un gas (como el aire de la atmósfera) donde las partículas sólidas se encuentran inmersas en estado de dispersión.
Un tipo de coloide son los aerosoles, que consisten en un sólido o líquido dispersos en un gas. Existen los aerosoles sólidos, como el humo o la neblina. A su vez, también existen las emulsiones, donde un líquido está disperso en otro. Los más comunes suelen ser los productos lácteos, donde la grasa de la leche está dispersa en el agua.
Una de las propiedades del estado coloidal de la materia, es que es susceptible al efecto Tyndall, el cual explicaremos a continuación.
El efecto Tyndall
El científico irlandés John Tyndall descubrió, en el año 1869, un fenómeno que llevaría su nombre: el efecto Tyndall. Este fenómeno físico permite explicar por qué ciertas partículas que no son visibles a simple vista, a veces se pueden visualizar cuando son expuestas a un rayo de luz. Esto sucede cuando un haz de luz pasa a través de un coloide, las partículas sólidas que lo conforman desvían la luz y aparecen pequeños destellos de luz.
Por lo tanto, se conoce como efecto Tyndall, al fenómeno a través del cual se hace palpable la existencia de partículas coloidales (partículas que son tan pequeñas que el ojo humano no puede apreciar) en disoluciones o gases, gracias a que estas son capaces de reflejar o refractar luz y se hacen visibles.
Esto no sucede con los gases o disoluciones verdaderas, ya que estos no tienen partículas coloidales y, como consecuencia, son totalmente transparentes pues no hay nada que pueda dispersar la luz que entra. Cuando un rayo luminoso atraviesa un recipiente transparente que contiene una disolución verdadera, este no se puede visualizar y ópticamente hablando se trata de una disolución “vacía”.
En cambio, cuando un rayo de luz atraviesa una habitación oscura con partículas disueltas en el aire (coloides), sí que se podrá observar la trayectoria del haz de luz, que se encontrará marcada por una correlación de partículas que reflejan y refractan la radiación lumínica, actuando como centros que emiten luz.
Un claro ejemplo de este fenómeno lo podemos observar con las motas de polvo, que no son visibles a simple vista. Sin embargo, cuando abrimos la ventana y entra el sol con un cierto grado de inclinación a la habitación, sí que podremos ver las partículas de polvo suspendidas en el aire.
El efecto Tyndall también se puede observar cuando vamos por una carretera con niebla. Cuando encendemos las luces del coche, la iluminación que ejercen los focos sobre la humedad permite ver las diminutas gotas de agua que contiene el aire en suspensión.
Otra manera de comprobar este interesante fenómeno es haciendo brillar un rayo de luz en un vaso de leche. Te sugerimos que uses leche desnatada o que diluyas la leche con un poco de agua para que puedas ver el efecto de las partículas coloidales en el haz de luz de la linterna. Asimismo, el efecto Tyndall se utiliza en entornos comerciales y de laboratorio para determinar el tamaño de las partículas de los aerosoles.
Biografía de John Tyndall
John Tyndall nació en un pequeño pueblo de Irlanda, Leighlinbridge en 1820 y era hijo de un policía y de una madre desheredada por casarse con su padre. Amante del alpinismo, era un científico muy polifacético que hizo importantes descubrimientos, lo cual son tan dispares entre sí, que más de uno se pregunta si se trata de la misma persona.
Pero en efecto, el descubrimiento de la anestesia, del efecto invernadero, de la esterilización de los alimentos, los principios de la fibra óptica y muchos otros hitos científicos se pueden atribuir a este activo y curioso señor irlandés. Parece pues, que el efecto Tyndall, no es lo único que descubrió.
Sin embargo, la educación de Tyndall fue algo accidentada. Después de estudiar por algún tiempo, fue empleado civil y finalmente maquinista de ferrocarril. Aun así, tenía una fuerte inclinación hacia la ciencia y leía mucho y asistía a todas las conferencias que podía. Finalmente, entró a estudiar a la Universidad de Marburgo en Alemania, donde estudió química como discípulo de Bunsen y obtuvo su título de doctor en el 1851.
Lo que propulsó su reputación fueron sus estudios en diamagnetismo, la repulsión en la que se basan los trenes de levitación magnética. Nos preguntamos si su experiencia como maquinista le despertaría la curiosidad hacia este campo. Estos trabajos fueron muy apreciados por Faraday, que llegó a convertirse en su mentor.
No obstante, una de las contribuciones más originales las aportó en el campo de la energía infrarroja de los gases. Fue esta línea la que le llevó a descubrir que el vapor de agua tenía una alta tasa de absorción infrarroja, cosa que le condució a demostrar el efecto invernadero de la atmósfera terrestre que hasta entonces era solo una mera especulación. Estos estudios también le llevaron a inventar un aparato que medía la cantidad de CO2 que exhalaban las personas a través de su absorción infrarroja, sentando las bases del sistema que se emplea hoy en día para vigilar la respiración de los pacientes bajo los efectos de la anestesia.
También hizo importantes aportaciones en el campo de la microbiología, combatiendo en el 1869 la teoría de la generación espontánea y confirmando la teoría de la biogénesis, formulada por Luis Pasteur en 1864. De él surgió la esterilización de alimentos, proceso que actualmente se conoce como tindalización y que se basa en la esterilización por calentamiento discontinuo.
Gracias a sus aportaciones, hoy en día se utilizan sistemas de ventilación complejos en los quirófanos para evitar que los pacientes sufran infecciones después de las intervenciones. Asimismo, extendió el uso de llamas de gas en los laboratorios de microbiología como medio estéril para la preparación y manipulación de cultivos.
Y si aún os parece poco, y dado que era una apasionado del alpinismo, no solo coronó por primera vez varios picos, sino que también se dedicaba a estudiar la dinámica de los glaciares. Otra de sus pasiones era la divulgación científica y daba charlas ante repletos auditorios en Gran Bretaña y Estados Unidos. Sus libros son unos de los primeros ejemplos de la popularización de la ciencia para un público no especializado.
