Raman: efecto y científico

1990/06/01 Barandiaran, Mariaje | Irazabalbeitia, Inaki - kimikaria eta zientzia-dibulgatzaileaElhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Para la mayoría de nosotros, la India es un territorio misterioso y exótico, un pueblo de vacas sagradas y de filosofías curiosas. Como todas las imágenes y tópicos, lo mencionado refleja una parte de la realidad de la India, pero a la vez cubre otra parte más grande. Estos tópicos ocultan que la India es hoy en día una gran potencia científica, como es el caso de los polímeros. Hablamos de uno de los líderes que hizo posible que la India se convirtiera en una potencia científica. Además de la obtención del Premio Nobel de Física (primer Premio Nobel de Ciencias de Asia), Ran trabajó mucho en el impulso y fomento de la ciencia y la tecnología en la India.

Infancia y juventud

Ramán tenía 17 años.

Chandrasekhara Venkatarama nació el 7 de noviembre de 1888 en el pueblecito de Tiruguanaikagual del estado indio de Tamil Nadu. Era el segundo de ocho hijos. Chandraekhara era el nombre de su padre y Venkatarama respectivamente. Más tarde, él escribió su nombre Venkata Raman, por lo que tenemos el efecto Raman y no el efecto Venkataramán.

Su madre era Parvati Ammal, hija de la famosa familia. Su padre, Chandrasekhara Iyer, pertenecía a una familia de propietarios y era profesor de física y matemáticas.

Ramón recibió de su padre las aficiones de la ciencia y la música. Su padre recibió la educación básica en las escuelas donde era profesor y cursó los estudios universitarios en el Presidency College de Madras. Era un estudiante muy rápido y en 1904, con 16 años, consiguió el nivel BA. 1.

Sus profesores le recomendaron que fuera Inglaterra para completar sus estudios (los mejores estudiantes de la India formaban su aprendizaje en Gran Bretaña en aquella época), pero no pudo ir, ya que el médico le dijo que mataría su clima húmedo. Así que siguió estudiando en el Presidency College hasta conseguir el máster.

Durante esos años trabajó como investigador y consiguió publicar dos artilukos en la prestigiosa revista The Philosophical Magazine (London). Fue un gran suceso. Por un lado, no era fácil publicar sin ayuda un artículo en dos ámbitos de la física sin cumplir los dieciocho años. Por otro lado, la ciencia no tenía muy buena situación en la India y por ejemplo en el Presidency College no se hacía investigación.

Raman obtuvo el máster en enero de 1907, cuando tenía 18 años. Al realizar todos sus estudios sin salir de la India, era muy difícil encontrar trabajo científico y sus profesores le recomendaron que hiciera un examen de funcionario para el Departamento de Finanzas. Examina y se lleva el primer puesto.

Calcuta

Un espectrómetro Raman y Raman.

En contra de las costumbres que entonces estaban en la India, él eligió a su mujer y realizó preparaciones para su boda. Se casó con Ammale Lokasundari, con trece años y medio.

Los recién casados fueron a Calcuta en junio de 1907 y se incorporó al Departamento de Finanzas Raman. Un día, de camino a casa, vio la tarjeta The Indian Association for the Cultivation of Science colgada de una puerta. Tocó la puerta y le abrió Ashuntosh Dey, su ayudante durante 25 años. Ante los ojos de Ramón aparecieron un aula llena de polvo y un laboratorio. A Raman se le abrieron las puertas del cielo cuando lo vio, ya que veía cómo cumplir su sueño de investigar.

Cuando solicitó la autorización para realizar la investigación, se cogieron los brazos abiertos y se le entregaron las llaves del laboratorio. Raman abrió una intensa labor de investigación y durante muchos años fue una conocida dirección para científicos, 210 Bowbazar Street.

Trabajó como burro. El horario diario era el siguiente: a las 5,30 de la mañana ir a la Sociedad; a las 9,45 regresar a casa; bañarse y desayunar; después coger un taxi y ir a trabajar hasta las 5 de la tarde; de trabajo a la Asociación y trabajar en ella hasta las 9,30 o 10. Los domingos los pasaba íntegramente en el laboratorio.

Raman lleva diez años trabajando en el laboratorio de la Asociación y durante ese tiempo publicó 30 artículos en diferentes revistas científicas. Se dedicó principalmente a la investigación del sonido.

Profesor universitario

En 1917 le ofrecieron una cátedra de física en la universidad de Calcuta. A pesar de que en el nuevo puesto ganaba sólo la quinta parte de lo que ganaba en el Departamento de Finanzas, se interesó por la cátedra ofertada. En esa cátedra ejerció durante 16 años.

En 1921 se celebró la reunión de las universidades del Imperio Británico de Oxford en Inglaterra y Raman decidió asistir a ella. Este viaje fue un hito en su carrera de investigación. Los mayores científicos británicos de la época en Oxford (J.J. Thompson, E. Rutherford y W.H. Conoció a Bragg, entre otros. En Inglaterra tomó la decisión de empezar a trabajar en la dispersión (dispersión) de la luz, y esa decisión fue muy prudente porque le llevó a descubrir el efecto Raman.

Comenzó a trabajar en la nueva línea de investigación en su viaje de vuelta a la India. En aquella época se pensaba que el color azul del mar era la causa de la reflexión del color de la atmósfera. Raman demostró que el color azul del mar se debe a la dispersión de la luz producida por el agua mediante un sencillo experimento realizado en el barco que llevaba a la India. El descubrimiento fue enviado mediante un aviso a la revista Nature. El aviso incluía una dirección sencilla de relación postal: S.S. Narkunda, Puerto de Bombay.

Premio Nobel Raman el año.

Raman, por su parte, era bastante orgulloso y, por ejemplo, cuando participó en la Royal Society de Londres, en la fiesta de felicitación que se le hizo en Calcuta, dijo que al cabo de cinco años se llevaría el Premio Nobel. Falló por poco.

Efecto Raman

Al regresar a la India se centró en estudiar la dispersión de la luz. Fruto de este trabajo fueron el gran número de artículos y el descubrimiento del efecto Raman. En 1928 realiza su enorme descubrimiento.

Raman es una dispersión (efecto) muy débil (ver cuadro de erróneas) y difícil de ver. Actualmente se utilizan fuentes de luz fuertes (láser), detectores muy sensibles y espectrómetros de muy buena óptica. Raman, sin embargo, trabajó con herramientas muy sencillas y sencillas. La fuente de luz era el sol, el espectrómetro en una versión de bolsillo sencilla y el detector el ojo humano.

Así era el experimento. La luz solar se almacenaba mediante un heliostato situado en el techo del laboratorio y se enfocaba en una ampolla con líquido incoloro muy purificado. La luz antes de llegar a la muestra se hacía pasar por un filtro que sólo permitía atravesar la luz azul. Al mirar la ampolla por un lado, se veía el recorrido del rayo de luz por la huella azul dejada en el líquido. Si se observaba la luz proveniente de la muestra a través de un filtro que absorbe la luz azul, la huella azul desaparecía, pero todavía se veía una huella de color muy sutil de mayor longitud de onda.

A lo largo de varios años, Raman pensó que esa huella tan sutil era causada por alguna impureza. Sin embargo, dos cosas convencen a Ramán de su incapacidad. Por un lado, se quedaba en 80 líquidos diferentes muy purificados y sería muy sorprendente que la misma impureza existiera en todos ellos. Por otra parte, la luz dispersa cuando se utilizaba la glicerina era verde y estaba muy polarizada.

Ramón concluyó que una parte de la luz dispersa sufría una variación de su longitud de onda durante el proceso de dispersión.

El 27 de febrero de 1928, Raman decidió ver la trayectoria de la luz a través de un espectroscopio. Cuando prepararon el aparato el sol estaba oculto y tuvieron que abandonar el programa para el día siguiente. El 28 de febrero se realizó la primera observación del efecto Raman. Observó la trayectoria de la luz a través del espectroscopio y sin utilizar el segundo filtro. La luz dispersa tenía un color azul de luz incidente, pero en el espectro aparecía también una banda oscura. El mismo día decidió utilizar una fuente de luz más fuerte que el sol. Para ello se habilitó un arco de mercurio.

El arco de mercurio genera una luz bastante fuerte y con pocas líneas espectrales. Cuando utilizaron el arco, el espectro de la muestra de benceno mostraba una línea diferente a la de la luz incidente. La luz cambiaba por tanto por la longitud de onda.

Al día siguiente dio a conocer el descubrimiento a través de un periódico de Calcuta. La difusión de los descubrimientos científicos a través de la prensa no es, por tanto, algo nuevo.

Premio Nobel

Exposición del espectrómetro Raman a los visitantes en su laboratorio.

Fue premiado en 1930 por el descubrimiento del efecto Raman, por lo que inmediatamente después de su descubrimiento. Esta situación no es habitual en el caso de los Premios Nobel. En consecuencia, esta inmediatez subrayaba la importancia del descubrimiento.

Otra de las pinceladas de Ramón es esta. Los Premios Nobel se anuncian normalmente en noviembre y se entregan el 11 de diciembre. El tiempo de llegada marítima desde la India a Europa era muy reducido, sobre todo por la dificultad de conseguir billetes. Ese año, porque estaba seguro de que le iban a dar el premio o, en julio, reservó los billetes para Europa.

Bangalo

En abril de 1933 abandonó la universidad de Calcuta y se incorporó como director del Instituto de Ciencias Indias de Bangalore. En 1937 fue obligado a abandonar la dirección, pero como profesor permaneció allí hasta 1947.

Ese mismo año abandonó el Instituto y fundó en Bangalo el Instituto Raman. Tuvo que superar serios problemas económicos, pero de allí y de aquí consiguió dinero para poner en marcha su idea. No quería conseguir dinero del gobierno para mantener su instituto, porque pensaba que podía llevar a cabo una investigación más independiente. Para hacer frente a los problemas económicos del instituto, y siguiendo el consejo de un alumno suyo, crearon un taller de fabricación de camisas para lámparas de queroseno. Este taller mantenía el instituto con los beneficios que obtenía.

Los últimos años de su vida fueron muy oscuros. Se cerró mucho y dejó relaciones con el mundo exterior. Finalmente falleció el 21 de noviembre de 1970 en Bangalo.

¿QUÉ ES EL EFECTO RAMAN?

El efecto Raman es una particular dispersión de la luz. Para ver el efecto Raman o los espectros Raman, la muestra se ilumina con luz monocromática fuerte y la luz dispersa es analizada de forma perpendicular a la fuente. La intensidad de las líneas del espectro Raman no supera el 0,01% de la de la fuente, lo que hace difícil detectar y medir las líneas Raman.

Infrarrojo del Mesitileno (arriba) y los espectros Raman (abajo). Como se puede observar, en ambos espectros las bandas aparecen en lugares similares, aunque hay diferencias.

Los espectros Raman indican el estado fundamental de una molécula y las transiciones energéticas entre los primeros estados de vibración. Es decir, básicamente el efecto Raman y la absorción infrarroja tienen el mismo origen, por lo que el espectro Raman y el espectro infrarrojo serán muy similares. Sin embargo, hay diferencias. La absorción infrarroja requiere que el modo de vibración de una molécula esté asociado con el cambio de distribución de dipolo o de carga. El efecto Raman no requiere esta redistribución y la polarización instantánea en la deformación elástica de la dispersión es la causa de la emisión de radiación.

Hasta la aparición del láser se utilizaba como fuente de luz un arco de mercurio de alta corriente y baja presión. Actualmente se utilizan láseres de helio/neón.

Los espectros Raman se utilizan de la misma manera que los de infrarrojo para identificar la estructura de las moléculas. Y es que, en general, cada molécula tiene un espectro especial. Sin embargo, en el caso de moléculas orgánicas complejas, los espectros Raman son menos característicos y en estos casos menos útiles para identificar moléculas.

Por otro lado, la espectroscopia Raman tiene una ventaja notable respecto al infrarrojo. Los espectros Raman se obtienen sin problemas en solución acuosa.

En el sistema educativo británico, el nivel BA es el título que se obtiene tras tres años en la universidad. Con 5 años se obtiene el máster.