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Historia del espectroscopio: origen e inventor

La invención del espectroscopio y la ela­boración de las leyes de la espectrosco­pia originan grandes cambios científicos en el siglo XIX. El uso de las técnicas de análisis espectral, abre un campo inmenso para la investigación de la materia por la química la investigación astronómica. En CurioSfera-Historia.com, te contamos la historia del espectroscopio y quién lo inventó.

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Origen del espectroscopio

Las bases del análisis espectral fueron estable­cidas por Isaac Newton mediante un célebre expe­rimento realizado en 1671. Haciendo pasar la luz solar a través de un prisma, Newton observa su dispersión en rayos de color diferenciables.

el origen de la espectrometría

Luego, después de hacer pasar esos rayos monocromáticos a través de un segundo prisma, logra recomponer la luz blanca, de­mostrando así la naturaleza homogénea de di­chos rayos.

En 1800-1801, Wílliam Herschel, J. W. Ritter y William Hyde Wollaston extienden el espec­tro de la luz blanca al infrarrojo y al ultravio­leta, después de descubrir el recalentamiento producido por los extremos del espectro solar.

En esta ocasión, Wollaston observa la presen­cia de rayas oscuras en el espectro solar. Algunos años más tarde, es 1814, el bávaro Joseph Fraunhofer emprende un estudio detallado del fenómeno.

Quién inventó el espectroscopio

El inventor del espectroscopio es el alemán Joseph Fraunhofer en el año 1814. Fraunhofer es, en esta fecha, el mayor fabri­cante de óptica de precisión.

cuándo se inventó el espectroscopio
Joseph Fraunhofer es el padre del espectroscopio en 1814

Para estudiar el espectro solar en las mejores condiciones, Fraunhofer desarrolla el espectroscopio:

“El aparato -des­taca el historiador Michel Saillard- está cons­truido por un teodolito repetidor en cuya plataforma Fraunhofer instala un prisma de cristal muy puro ajustado al mínimo de desviación. El prisma es iluminado a través de una rendija de ancho variable situada a 8 m. Este dispositivo, muy elaborado si se compa­ra con los existentes hasta entonces, le permi­te identificar 476 rayas negras en el espectro de la luz del Sol…”

Después de este notable descubrimiento, Fraunhofer amplía sus investigaciones a la luz planetaria y estelar. Observa que los espectros planetarios son idénticos al espectro solar, lo que permite concluir que los planetas reflejan la luz solar. En cambio, observa que el espec­tro de la estrella Sirio posee tres largas rayas negras que «según su apariencia no tienen nin­guna similitud con las de la luz solar».

Fraunhofer también nota que las rayas descu­biertas en otras estrellas son, en cada caso, aparentemente diferentes. Realiza otros expe­rimentos de espectroscopia, sobre las llamas de fuego de color y sobre las chispas eléctricas, antes de volver a sus estudios de óptica.

Joseph Fraunhofer

Fraunhofer nació en 1787 en Múnich (en Baviera), donde inicia su carrera como aprendiz de óptico y estudia por libre óptica teórica con el propósito de fabricar lentes de alta precisión como las empleadas en los microscopios. Es promovido a director de fabricación en 1811 y desarrolla en 1814 su espectroscopio.

Fraunhofer construye otro instrumento histórico, el helíómetro de Königsberg, un telescopio con montura ecuatorial equipado de un micrómetro que permite medir con precisión distancias angulares muy pequeñas.

Con este instrumento el astrónomo Fiedrich Bessel detecta, en 1838, el primer paralaje estelar, es decir, el desplazamiento de la posición de una estrella en relación a la Tierra.

Con estas investigaciones aporta la prueba irrefutable del movimiento de esta última, y de paso confirma experimentalmente los aciertos de las tesis copernicanasFraunhofer fallece de tuberculosis en 1826, antes de cumplir 40 años.

Evolución del espectroscopio

En 1834, Henry Fox Talbot intenta extraer las consecuencias teóricas de todos estos estu­dios,  sugiriendo que sería posible distinguir las sustancias químicas mediante el examen de sus respectivos espectros:

“…podría, admí­tase que, cuando el prisma muestra que una raya homogénea de un color cualquiera es producida por una llama, esta raya indicaría la formación o la presencia de un compuesto químico».

primer espectroscopio de la historia
Espectroscopio diseñado por Kirchhoff y Bunsen

Ese mismo año, 1834, C. Wheatstone publica una tabla de los espectros del sodio, el mercurio, el cadmio, el bismuto, el estaño y el plomo, basándose en esta hipótesis. A continuación, David Brewster amplia tas investigaciones a los cuerpos gaseosos.

Por último, Robert Wilhelm Bunsen desarrolla a principios de los años 1850 un mechero o quemador, el «mechero Bunsen», cuya llama tiene la ventaja de no interferir en la observación de los espectros.

Bunsen ingresa en el laboratorio del físico Gustav Robert Kirchhoff, y ambos ini­cian una serie de análisis espectrales. Su es­pectroscopio incorpora ya varios elementos nuevos con respecto al de Fraunhofer:

  • Un colimador, dispositivo popularizado en espectroscopia a partir de 1851, y que permite apuntar con precisión.
  • Un micrómetro de alta precisión y un dispositivo para la observación simultánea de espectros superpuestos de dos llamas.

Las leyes de la espectroscopia (Leyes de Kirchhoff)

Gustav Robert Kirchhoff establece en 1859 y 1860 las leyes fundamentales de la espectroscopia. Estas demuestran que a cada elemento químico corresponde una serie de rayas características, y distinguen entre espectros de emisión y espectros de absorción.

aplicaciones del espectroscopio
Gustav Robert Kirchhoff padre de las leyes de la espectroscopia en 1859 y 1860

Las leyes de Kirchhoff proporcio­nan a los químicos una herramienta única para el trabajo analítico. Kirchhoff y Bunsen anuncian el descubrimiento de dos nuevos elementos a partir de su espectro distintivo; el cesio en 1860, y el rubidio en 1861.

El mismo año, William Crookes descubre el talio, y, en 1863, Ferdinand Reich descubre el indio. En adelante, el espectroscopio desempeña un papel clave tanto en el descubrimiento del galio, como en el de los lantánidos y de los gases raros.

La espectroscopia estelar

Pero es en el campo de la espectroscopia este­lar donde las leyes de Gustav Kirchhoff encuentran su aplicación más espectacular.

En efecto, puesto que permiten determinar con precisión la composición química de todo cuerpo excitado o incandescente, las leyes pueden aplicarse perfectamente a los astros. Kirchhoff logra establecer que las rayas oscu­ras en los espectros de todos los astros se deben a la absorción selectiva de la luz por la atmósfera terrestre. Estas rayas y bandas, llamadas «telúricas», son identificadas gracias al conocimiento de la atmósfera terrestre.

Éstas explican las rayas oscuras descubiertas por Wollaston y Fraunhofer en el espectro solar, son debidas a la absorción, por un elemento químico de nuestra atmósfera, del mismo elemento emitido por el Sol.

Después de las investigaciones de Trempler en 1930, se agrega la absorción de la luz provocada por las sustancias difusas intereste­lares.

La espectroscopia astrofísica

El espectroscopio ofrece a los astrónomos una herramienta poderosa para el estudio de las composiciones químicas planetarias, estelares e interestelares.

Perfeccionado desde su invención y aprove­chando todos los avances de la física, actual­mente puede proporcionar bastantes más detalles sobre los cuerpos celestes: velocidad radial, estado físico y, a veces, rotación axial o presencia de un campo electromagnético.

Hoy, su campo de aplicación se extiende a los objetos hiperdensos, a los núcleos de las gala­xias y a la radiación térmica del fondo del cielo. El dispositivo de Fraunhofer hizo posi­ble la fundación de una nueva rama de la astronomía, la astrofísica.

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Fuentes y bibliografía

– ASIMOV, I. (2003). Momentos estelares de la ciencia. Madrid. Alianza Editorial.
– ASIMOV, I. (2007). Historia y cronología de la ciencia y el descubrimiento. Barcelona. Editorial Ariel.
– BALAGUER, E. (2008). Grandes personajes: inventos e ideas que cambiaron el mundo. Alcobendas. Editorial LIBSA.
– BLANCO, C. (2007). Mentes maravillosas que cambiaron la historia. Madrid. Ediciones Dauro.
– ENDACOFF, G. (1992). Inventos y descubrimientos. Madrid. Plaza & Janés.
– MESSADIÉ, G. (1995). Los grandes descubrimientos de la ciencia. Madrid. Alianza Editorial.
– RIVAL, M. (2000). Los grandes inventos. Barcelona. Grupo Planeta.
AUTOR: CURIOSFERA-HISTORIA.COM
FECHA DE PUBLICACIÓN: FEBRERO DE 2020

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