Ep 01 — ¿Qué es la luz infrarroja? Del mundo visible al invisible

Serie: Enciclopedia de espectroscopia infrarroja: de la teoría a la práctica
Capítulo: Primera parte · Introducción — El código de la luz
Público objetivo: Estudiantes de secundaria, universitarios, principiantes en química/ciencia de materiales/farmacia
Conocimientos previos: Ninguno
Tiempo de lectura: Aproximadamente 15 minutos

Introducción: Un termómetro revela un mundo oculto

En la primavera de 1800, el astrónomo británico William Herschel (1738–1822) estaba resolviendo un problema aparentemente no relacionado con la astronomía: quería encontrar un filtro de vidrio adecuado que le permitiera observar el Sol de forma segura sin quemarse los ojos. Notó que los filtros de diferentes colores transmitían diferentes cantidades de calor. Así que diseñó un experimento: descompuso la luz solar en un espectro usando un prisma, y luego colocó termómetros ennegrecidos en diferentes regiones de color del espectro para medir la temperatura [1].

Herschel usó tres termómetros de mercurio (con el bulbo ennegrecido para absorber mejor el calor), colocando uno en la región de luz violeta, otro en la región de luz roja, y un tercero fuera de la luz roja — una región completamente oscura, invisible al ojo humano — como control [2].

El resultado lo dejó asombrado: la lectura del termómetro en esa región "oscura" era más alta que en cualquier región de color del espectro visible [1][2].

"Coloqué el termómetro en la región más allá de la luz roja... y descubrí que la temperatura de esa región era más alta que la de cualquier parte del espectro visible."
— William Herschel, artículo presentado ante la Royal Society el 27 de marzo de 1800 [3]

Herschel llamó a esta radiación invisible "rayos caloríficos" (calorific rays, del latín calor, que significa "calor"). Experimentos posteriores demostraron que estos rayos, al igual que la luz visible, podían reflejarse, refractarse, absorberse y transmitirse [1]. La palabra "infrarrojo" (infrared) no entró en el vocabulario científico hasta la década de 1880, donde infra es un prefijo latino que significa "debajo", refiriéndose a que su frecuencia está por debajo (es decir, su longitud de onda es mayor) de la luz roja [3].

La importancia histórica del experimento de Herschel no solo radica en el descubrimiento de la radiación infrarroja — después de todo, la gente ya sabía que podía sentir calor lejos de una fuente de calor — sino en que proporcionó la primera evidencia experimental de que "la luz y el calor son la misma entidad física" [3]. Este descubrimiento allanó el camino para la teoría unificada del electromagnetismo de James Clerk Maxwell.

📷 Figura 1: Diagrama del experimento de Herschel — un prisma descompone la luz solar en un espectro y se colocan termómetros en diferentes regiones de color y fuera del rojo
Fuente: Página educativa de NASA/IPAC Caltech [2]
https://www.ipac.caltech.edu/…

1. El panorama completo del espectro electromagnético: posición de la luz infrarroja

Para entender la luz infrarroja, debemos ubicarla en un contexto más amplio: el espectro electromagnético (Electromagnetic Spectrum).

El espectro electromagnético es el conjunto de todas las radiaciones electromagnéticas ordenadas por longitud de onda (o frecuencia). Desde los rayos gamma, con la longitud de onda más corta y mayor energía, hasta las ondas de radio, con la longitud de onda más larga y menor energía, el espectro electromagnético abarca al menos 16 órdenes de magnitud [4].

Banda	Rango de longitud de onda	Rango de frecuencia	Interacción principal
Rayos gamma	<0.01 nm	>30 EHz	Transiciones nucleares
Rayos X	0.01–10 nm	30 PHz–30 EHz	Ionización de electrones internos
Ultravioleta	10–380 nm	790 THz–30 PHz	Excitación de electrones externos
Luz visible	380–780 nm	385–790 THz	Percepción visual
Luz infrarroja	780 nm–1 mm	300 GHz–385 THz	Vibraciones moleculares
Microondas	1 mm–1 m	300 MHz–300 GHz	Rotaciones moleculares
Ondas de radio	>1 m	<300 MHz	Espín nuclear (RMN)

Tabla 1: Regiones del espectro electromagnético y su interacción con la materia (fuente de datos: Guía básica de FTIR de Bruker [5]; Apuntes de espectroscopia infrarroja del KCL [6])

📷 Figura 2: Panorama completo del espectro electromagnético
Fuente: Wikimedia Commons (dominio público)
https://upload.wikimedia.org/…

Punto clave: La luz visible que nuestros ojos pueden ver es solo una fracción minúscula de todo el espectro electromagnético. El rango de longitudes de onda de la luz infrarroja es de 780 nm a 1 mm, más de 1000 veces el rango del visible [5].

2. Las tres regiones del infrarrojo: infrarrojo cercano, medio y lejano

La luz infrarroja no es un todo homogéneo. Según la longitud de onda y el mecanismo de interacción con la materia, el infrarrojo se divide en tres subregiones [5][6][7]:

Región	Abreviatura en inglés	Rango de longitud de onda	Rango de número de onda	Característica principal	Aplicación típica
Infrarrojo cercano	NIR	780 nm – 2.5 μm	12,800–4,000 cm⁻¹	Alta penetración	Calidad de productos agrícolas, imagen cerebral funcional
Infrarrojo medio	MIR	2.5 – 25 μm	4,000–400 cm⁻¹	Alta especificidad	Identificación de estructuras moleculares (espectroscopia infrarroja)
Infrarrojo lejano	FIR	25 μm – 1 mm	400–10 cm⁻¹	Fuerte efecto térmico	Materiales inorgánicos, vibraciones de redes cristalinas

Tabla 2: Las tres subregiones del infrarrojo (fuente de datos: Artículo divulgativo sobre la familia infrarroja de CSDN [7]; Apuntes del KCL [6]; Manual de laboratorio de la Universidad de Columbia [8])

2.1 ¿Por qué el infrarrojo medio es el "campo de batalla principal" del químico?

El infrarrojo medio (4,000–400 cm⁻¹) ocupa una posición central en el análisis químico porque la frecuencia de vibración de los enlaces químicos en las moléculas cae precisamente en este rango [5][6].

Cuando la frecuencia de la luz infrarroja coincide con la frecuencia de vibración de un enlace químico en una molécula, la molécula absorbe parte de esa energía luminosa y pasa del estado fundamental a un estado excitado — esto es una absorción fundamental (fundamental absorption) [6]. Dado que diferentes grupos funcionales (como C=O, O-H, C-H, etc.) tienen diferentes frecuencias de vibración, producen picos de absorción característicos en diferentes posiciones de la región del infrarrojo medio. Esto es como si cada molécula tuviera una "huella dactilar" única en el infrarrojo medio, lo que convierte a la espectroscopia de infrarrojo medio en una de las herramientas más poderosas para identificar la estructura de compuestos [5].

Un artículo divulgativo en CSDN utilizó una analogía vívida [7]:

"El infrarrojo medio es como el 'documento de identidad' de una molécula — un pico fuerte y agudo cerca de 1700 cm⁻¹ sugiere fuertemente la presencia de un grupo carbonilo (C=O), pero aún necesita ser verificado en combinación con la forma del pico y la región de huellas dactilares."

📷 Figura 3: Comparación de los mecanismos físicos del infrarrojo cercano, medio y lejano
Fuente: Serie de lectura profunda de conceptos de CSDN [7] (citado con permiso)
https://blog.csdn.net/mengjiz…

2.2 ¿Y el infrarrojo cercano y lejano?

Infrarrojo cercano (NIR): Corresponde principalmente a sobretonos y combinaciones de vibraciones moleculares (overtone and combination bands). Las señales son muy débiles (generalmente solo alrededor del 1% de las fundamentales), pero precisamente debido a esta absorción débil, la penetración de la luz es profunda, lo que lo hace adecuado para pruebas no destructivas y de profundidad [7]. Por ejemplo:

Sensores de infrarrojo cercano en supermercados para medir el contenido de azúcar en frutas
Imagen funcional del cerebro con infrarrojo cercano (fNIRS) que monitorea cambios en la oxigenación de la corteza cerebral a través del cráneo [7]

Infrarrojo lejano (FIR): Corresponde a rotaciones moleculares y vibraciones de redes cristalinas (fonones), con menor energía, y se utiliza comúnmente en el estudio de materiales inorgánicos, estructuras cristalinas y compuestos organometálicos [6][8].

3. Número de onda (cm⁻¹): El "lenguaje universal" de los espectroscopistas

Si observas cualquier espectro infrarrojo, verás que el eje horizontal no está etiquetado en longitud de onda (nm o μm), sino en una unidad menos común — número de onda (wavenumber), con unidades de cm⁻¹ (cuántas ondas hay por centímetro).

3.1 ¿Qué es el número de onda?

El número de onda (denotado como ν̃) es el recíproco de la longitud de onda y se define como el número de ondas contenidas en una unidad de longitud [9]:

$$\tilde{\nu} = \frac{1}{\lambda}$$

Cuando la longitud de onda se expresa en μm, la fórmula de conversión es:

$$\tilde{\nu} (\text{cm}^{-1}) = \frac{10^4}{\lambda (\mu\text{m})}$$

Por ejemplo, una longitud de onda de 2.5 μm corresponde a:

$$\tilde{\nu} = \frac{10^4}{2.5} = 4000\ \text{cm}^{-1}$$

Del mismo modo, 25 μm corresponde a 400 cm⁻¹. Esta relación inversa explica la dirección habitual de los ejes en los espectros: de izquierda a derecha, el número de onda disminuye (desde 4000 hasta 400 cm⁻¹), lo que corresponde a un aumento de la longitud de onda [5][8].

3.2 ¿Por qué se usa el número de onda en lugar de la longitud de onda?

Hay dos razones principales:

Linealidad con la energía: la energía del fotón es directamente proporcional a la frecuencia (E = hν) e inversamente proporcional a la longitud de onda. El número de onda es directamente proporcional a la frecuencia, por lo que los picos en el espectro se distribuyen uniformemente en el eje de energía. La longitud de onda es no lineal con respecto a la energía; por ejemplo, la diferencia de energía entre 4000 cm⁻¹ y 3990 cm⁻¹ (10 cm⁻¹) es la misma que entre 1000 cm⁻¹ y 990 cm⁻¹ [6].
Simplicidad numérica: los números de onda en el infrarrojo medio suelen estar en el rango de 400 a 4000, que son números fáciles de registrar y comparar. Si se usara la longitud de onda, estaríamos lidiando con decimales (como 2.5 μm, 5 μm, 10 μm, etc.) [8].

"El número de onda es la elección natural para los espectroscopistas porque simplifica los cálculos y la visualización de datos." — Manual de laboratorio de espectroscopia infrarroja de la Universidad de Columbia [8]

4. Resumen de este episodio

Concepto	Punto clave
Naturaleza de la luz infrarroja	Radiación electromagnética con longitudes de onda de 780 nm a 1 mm, descubierta por William Herschel en 1800
Posición en el espectro	Entre la luz visible y las microondas, con frecuencia inferior a la roja
División en subregiones	Infrarrojo cercano (NIR), infrarrojo medio (MIR) e infrarrojo lejano (FIR), con diferentes aplicaciones
Importancia del infrarrojo medio	Frecuencia de vibración de enlaces químicos, produce "huellas dactilares" moleculares para identificar compuestos
Definición de número de onda	Recíproco de la longitud de onda, unidad cm⁻¹, lineal con la energía; representa el número de ondas por centímetro

5. Referencias

[1] Herschel, W. (1800). Experiments on the Refrangibility of the Invisible Rays of the Sun. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 90, 284-292. DOI: https://doi.org/10.1098/rstl.…

[2] NASA/IPAC Caltech. (s.f.). Herschel Experiment. Recuperado de https://www.ipac.caltech.edu/…

[3] Ring, E.F.J. (2000). The discovery of infrared radiation. Infrared Physics & Technology, 41(1), 1-6. DOI: https://doi.org/10.1016/S1350…

[4] LibreTexts. (2023). Electromagnetic Spectrum. Recuperado de https://chem.libretexts.org/B…

[5] Bruker Optics. (2021). Introduction to FTIR Spectroscopy. Recuperado de https://www.bruker.com/en/pro…

[6] King's College London. (2020). Infrared Spectroscopy Lecture Notes. Departamento de Química.

[7] CSDN Blog. (2014). Conceptos básicos de espectroscopia infrarroja. Recuperado de https://blog.csdn.net/mengjiz…

[8] Universidad de Columbia. (2019). Infrared Spectroscopy Laboratory Manual. Departamento de Química.

[9] Atkins, P., & de Paula, J. (2014). Physical Chemistry (10th ed.). Oxford University Press. Capítulo 13: Espectroscopia molecular.

Episodio anterior: Este es el primer episodio de la serie
Siguiente episodio: Episodio 02: La conexión entre la luz infrarroja y las moléculas — cómo la luz "habla" con la materia

Sobre este artículo: Original escrito por el Equipo de Trabajo de Enciclopedia de Espectroscopia Infrarroja. Si desea reimprimir o citar, siga la licencia CC BY-NC 4.0 y mencione la fuente.

$$\tilde{\nu} \text{(cm}^{-1}\text{)} = \frac{10{,}000}{\lambda \text{(μm)}}$$

Ejemplos:

La absorción característica del carbonilo (C=O) está alrededor de 1700 cm⁻¹ → longitud de onda = 10,000 / 1700 ≈ 5.88 μm
La absorción del agua (O-H) está alrededor de 3400 cm⁻¹ → longitud de onda = 10,000 / 3400 ≈ 2.94 μm
Luz verde visible 532 nm → número de onda = 10,000,000 / 532 ≈ 18,797 cm⁻¹ [10]

3.2 ¿Por qué usar números de onda y no longitudes de onda?

Los espectroscopistas prefieren los números de onda sobre las longitudes de onda por cuatro razones principales [9][10][11]:

1. El número de onda es proporcional a la energía – más intuitivo

La energía del fotón E = hcν̃, donde h es la constante de Planck y c la velocidad de la luz. Como h y c son constantes, la energía es directamente proporcional al número de onda: a mayor número de onda, mayor energía [10]. Por el contrario, la longitud de onda es inversamente proporcional a la energía (E = hc/λ), lo que resulta menos intuitivo.

2. Las diferencias de niveles de energía se pueden sumar y restar directamente

En espectroscopia molecular, las diferencias de niveles de energía expresadas en cm⁻¹ se pueden sumar o restar directamente: Δν̃ = ν̃₂ − ν̃₁. Si se usaran longitudes de onda, primero habría que invertirlas para hacer los cálculos, resultando más engorroso y menos intuitivo [9].

3. El eje horizontal de los espectros se distribuye uniformemente

Cuando se grafica con números de onda en el eje horizontal, los intervalos entre picos son proporcionales a los intervalos de energía, lo que resulta visualmente más uniforme y razonable. Si se usa la longitud de onda, las bandas cortas se comprimen y las largas se expanden, dificultando la comparación de espectros [9].

4. Convención histórica y comodidad numérica

El rango del infrarrojo medio es de 2.5–25 μm, que convertido a números de onda es exactamente 4,000–400 cm⁻¹ – un rango numérico adecuado, fácil de registrar y comunicar [10].

📷 Figura 4: Comparación del mismo espectro con números de onda y longitud de onda en el eje horizontal
Fuente: Guía de espectros de WavelengthCalculator [10]
https://www.wavelengthcalcula…

3.3 Una curiosidad histórica: ¿por qué los espectros infrarrojos se ordenan de mayor a menor?

Si observas con atención un espectro infrarrojo, notarás que el eje horizontal está ordenado de mayor número de onda (izquierda) a menor número de onda (derecha) – justo lo contrario que en otros espectros (como los UV-Vis, que suelen ir de menor a mayor) [12].

Esta disposición "contraintuitiva" tiene un origen histórico. Los primeros espectrómetros infrarrojos usaban prismas para dispersar la luz, y los espectros se registraban escaneando de longitudes de onda cortas a largas (es decir, de números de onda altos a bajos). Alrededor de 1905, el pionero de la espectroscopia infrarroja William Coblentz dibujó sus espectros en su obra en varios volúmenes "Investigations of Infra-Red Spectra" con las longitudes de onda aumentando de izquierda a derecha [12].

Posteriormente, cuando la comunidad científica cambió de longitud de onda a número de onda como unidad del eje horizontal, para mantener la continuidad visual del espectro (de modo que los picos que estaban a la izquierda siguieran estando a la izquierda), se conservó la costumbre de ordenar "de mayor a menor" [12]. La IUPAC y la Coblentz Society también adoptaron esta convención [12].

"La gente ya estaba acostumbrada a ver los espectros con las longitudes de onda incrementando de izquierda a derecha. Al cambiar a números de onda, como estos son inversamente proporcionales a la longitud de onda, naturalmente se convirtió en un orden de mayor a menor."
– Discusión académica en ResearchGate [12]

Cuatro: La luz infrarroja en la vida cotidiana

La luz infrarroja no existe solo en los laboratorios – está en todas partes.

Escenario	Tipo de infrarrojo	Principio
Control remoto de TV	Infrarrojo cercano	LED IR emite señal de 940 nm
Cámara termográfica	Infrarrojo medio/lejano	Detecta la radiación térmica emitida por objetos (8–14 μm)
Visión nocturna	Infrarrojo cercano	Amplifica la luz infrarroja ambiental
Horno/calentador	Infrarrojo medio/lejano	Calentamiento por radiación térmica
Puerta automática	Infrarrojo cercano	Detección por reflexión infrarroja
Termómetro de oído	Infrarrojo lejano	Detecta la radiación térmica del tímpano
Comunicación por fibra óptica	Infrarrojo cercano	Transmisión de baja pérdida a 1310/1550 nm

Tabla 3: Aplicaciones del infrarrojo en la vida cotidiana (Fuente: Recursos educativos NASA/IPAC [2]; Guía de Bruker [5])

Cualquier objeto con temperatura superior al cero absoluto (−273.15 °C) emite radiación infrarroja – esto se conoce como radiación térmica. El pico de radiación térmica del cuerpo humano (aproximadamente 37 °C) está alrededor de 9.7 μm, justo en la región del infrarrojo lejano [2]. Por eso las cámaras termográficas pueden "ver" a una persona en completa oscuridad sin necesidad de una fuente de luz externa – detectan la radiación infrarroja emitida por el propio cuerpo.

📷 Figura 5: Fotografía infrarroja de una casa tomada con cámara termográfica (los colores cálidos indican áreas de mayor temperatura)
Fuente: Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
https://upload.wikimedia.org/…

Cinco: ¿Por qué el infrarrojo medio (2.5–25 μm) es el campo de batalla principal del análisis molecular?

Volvamos a la pregunta que más nos interesa: ¿Por qué los químicos utilizan casi exclusivamente el infrarrojo medio?

La respuesta está en una correspondencia física clave:

Las frecuencias de vibración de los enlaces químicos en las moléculas caen exactamente dentro de la banda del infrarrojo medio.

Específicamente [5][6][8]:

Los enlaces químicos son como resortes: Los enlaces químicos en una molécula se pueden comparar con resortes que conectan dos átomos (como bolas). Las masas de los átomos (m) y la constante de fuerza del enlace (k, la "dureza del resorte") determinan la frecuencia de vibración.
Coincidencia de frecuencias: La energía de los fotones del infrarrojo medio (aproximadamente 4.8–48 kJ/mol, correspondiente a 400–4000 cm⁻¹; alrededor de 1.1–11.5 kcal/mol) es exactamente igual a la energía necesaria para que una molécula pase del estado vibracional fundamental al primer estado excitado [8].
Absorción resonante: Cuando la frecuencia de la luz infrarroja coincide con la frecuencia de vibración molecular, se produce una absorción resonante – la molécula absorbe el fotón y la amplitud de vibración aumenta [6].
Unicidad de frecuencia: Diferentes enlaces químicos (C-H, C=O, O-H, N-H, etc.) tienen diferentes constantes de fuerza y masas atómicas, por lo que sus frecuencias de vibración son distintas y aparecen en diferentes posiciones en el espectro infrarrojo medio [5].

Esta es la razón fundamental por la que la espectroscopia infrarroja puede identificar la estructura molecular: la combinación de modos vibracionales de cada molécula es única, como una huella dactilar humana. En lecciones posteriores profundizaremos en el modelo físico de las vibraciones moleculares y las frecuencias características de varios grupos funcionales.

Si deseas consultar las frecuencias de absorción características de grupos funcionales específicos, puedes visitar la página de grupos funcionales y la tabla de frecuencias en ftir.fun:

📊 Tabla general de frecuencias de grupos funcionales: https://ftir.fun/ir/frequency…
🔍 Búsqueda por número de onda (por ejemplo, qué grupo funcional corresponde a 1700 cm⁻¹): https://ftir.fun/ir/peak/1700/
🏷️ Búsqueda por grupo funcional (por ejemplo, pico característico del carbonilo C=O): https://ftir.fun/ir/group/car…

Resumen de la lección

Punto clave	Resumen
Descubrimiento de la luz IR	En 1800, Herschel experimentó con prisma y termómetro
Posición en el espectro EM	Longitud de onda 780 nm–1 mm, entre luz visible y microondas
Tres regiones IR	IR cercano (alta penetración), IR medio (alta caracterización), IR lejano (efecto térmico)
Importancia del IR medio	Las frecuencias de vibración de enlaces químicos caen en esta banda (4,000–400 cm⁻¹)
Número de onda (cm⁻¹)	Inverso de la longitud de onda, proporcional a la energía, unidad estándar en espectroscopia
Convención de orden en espectros	De mayor número de onda (izquierda) a menor (derecha), por costumbre histórica

Preguntas de reflexión

En el experimento de Herschel, ¿por qué era necesario ennegrecer el termómetro?
Si la longitud de onda de la luz infrarroja es 6.67 μm, ¿cuál es el número de onda correspondiente? ¿Pertenece al infrarrojo cercano o medio?
¿Por qué las bandas de absorción en el infrarrojo cercano suelen ser más débiles que en el infrarrojo medio?
¿Puedes pensar en otros escenarios cotidianos donde se utilice la luz infrarroja?

Referencias

[1] NASA/IPAC Caltech. "Herschel Discovers Infrared Light." Cool Cosmos Educational Site.
https://www.ipac.caltech.edu/…

[2] NASA/IPAC Caltech. "The Herschel Experiment." Cool Cosmos Educational Site.
https://www.ipac.caltech.edu/…

[3] White, J. R. "Herschel and the Puzzle of Infrared." American Scientist, 2012, 100(3): 218. DOI: 10.1511/2012.96.218.
https://www.americanscientist…

[4] SAC-CSIC. "Herschel Experiment: The Discovery of the Infrared." International Day of Light Educational Resource, 2018.
http://sac.csic.es/astrosecun…

[5] Bruker Optics. "Guide to Infrared Spectroscopy." FTIR Basics.
https://www.bruker.com/produc…

[6] King's College London. "Infrared Spectroscopy." Pharmacy Teaching Handout.
https://tst.rcsv4webapp.kcl.a…

[7] mengjizhiyou. "概念深读：红外家族—近红外、中红外与远红外的'三国演义'." CSDN Blog, 2026-02-04.
https://blog.csdn.net/mengjiz…

[8] Columbia University. "Experiment 7: IR Spectroscopy." Undergraduate Chemistry Lab Manual.
http://www.columbia.edu/cu/ch…

[9] kaixin_啊啊. "光谱数据中的波长与波数." CSDN Blog, 2025-11-30.
https://blog.csdn.net/m0_7387…

[10] WavelengthCalculator.org. "Wavenumber to Wavelength Conversion: Spectroscopy Guide."
https://www.wavelengthcalcula…

[11] LibreTexts. "Infrared Spectroscopy." Chemistry LibreTexts, Section 3.12.
https://chem.libretexts.org/@…

[12] Brown, L. V. "Does anyone know why FTIR spectra are typically plotted from high to low wavenumbers?" ResearchGate Discussion, 2017.
https://www.researchgate.net/…

Avance del próximo episodio: Ep 02 — ¿Por qué las moléculas 'absorben' la luz? Vibración molecular y esencia de la absorción infrarroja
Nos adentraremos en el interior de las moléculas, usando el modelo de muelle-bola para entender las vibraciones de los enlaces químicos, exploraremos los niveles de energía vibracional cuantizados y el proceso físico de la absorción por resonancia.

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