Radiação ultravioleta, ou UV, também chamada de luz ultravioleta, é uma forma de radiação eletromagnética com comprimentos de onda entre 100 e 400 nanômetros, menores que os da luz visível e maiores que os dos raios X. A faixa entre 10 e 100 nanômetros recebe o nome de ultravioleta extremo e compartilha algumas propriedades com os raios X moles. A radiação UV está presente na luz solar e corresponde a cerca de 10% de toda a radiação eletromagnética emitida pelo Sol. Também é produzida por arcos elétricos, pela radiação Cherenkov e por fontes de luz específicas, como lâmpadas de vapor de mercúrio, lâmpadas de bronzeamento e lâmpadas de luz negra.

Os fótons ultravioletas têm mais energia que os da luz visível, cerca de 3,1 a 12 elétron-volts, próxima da energia mínima necessária para ionizar átomos. A radiação ultravioleta de comprimentos de onda maiores não é ionizante, pois seus fótons não têm energia suficiente para isso. Ainda assim, pode desencadear reações químicas e fazer muitas substâncias emitirem luz por fluorescência. Suas aplicações químicas e biológicas decorrem, em grande parte, da interação da radiação UV com moléculas orgânicas. Essas interações podem excitar elétrons dos orbitais moleculares para estados de maior energia e romper ligações químicas. Radiações infravermelhas excitam sobretudo os estados de vibração ou rotação das moléculas, elevando sua temperatura. O ultravioleta de ondas suficientemente curtas é ionizante. A radiação UV de ondas curtas pode danificar o DNA e desinfetar superfícies irradiadas.

Em seres humanos, o bronzeamento e as queimaduras solares são efeitos familiares da exposição da pele à radiação UV, que também aumenta o risco de câncer de pele. A atmosfera absorve grande parte da radiação ultravioleta solar, reduzindo a exposição dos organismos na superfície. A radiação solar com comprimentos de onda inferiores a aproximadamente 300 nm é absorvida na atmosfera, sobretudo pelo ozônio e pelo oxigênio molecular, antes de chegar ao solo. A radiação UVB também permite a formação de vitamina D na maioria dos vertebrados terrestres, inclusive nos seres humanos. O espectro ultravioleta tem, assim, efeitos benéficos e prejudiciais à vida.

Por convenção, o limite inferior de comprimento de onda do espectro visível é de 400 nm. Embora os seres humanos geralmente não enxerguem raios ultravioletas, esse limite não é abrupto. Nessa região, a visibilidade diminui à medida que o comprimento de onda se torna menor. Insetos, aves e alguns mamíferos enxergam o ultravioleta próximo, ou NUV, pois percebem comprimentos de onda um pouco menores que os visíveis para os seres humanos.

Visibilidade para os seres humanos O cristalino do olho humano e as lentes implantadas cirurgicamente bloqueiam a maior parte da radiação ultravioleta próxima, na faixa de 300 a 400 nm. A córnea bloqueia os comprimentos de onda menores. Os receptores de cores humanos não têm adaptações específicas para os raios ultravioletas. Os fotorreceptores da retina, porém, são bastante sensíveis aos fótons UVA. Como o cristalino não focaliza essa luz adequadamente, as lâmpadas UVA parecem desfocadas. Pessoas sem cristalino, condição chamada de afacia, percebem UVA como azul-esbranquiçado ou violeta-esbranquiçado. Insetos, alguns mamíferos e algumas aves enxergam a radiação ultravioleta próxima. As aves têm um quarto receptor de cores sensível ao ultravioleta. Esse receptor e estruturas oculares que deixam passar mais radiação UV dão às aves menores uma visão ultravioleta propriamente dita.

História e descoberta "Ultravioleta" significa "além do violeta", do latim ultra, "além". O violeta é a cor de maior frequência da luz visível. O ultravioleta tem frequência ainda maior e, por isso, comprimento de onda menor.

A radiação UV foi descoberta em fevereiro de 1801, quando o físico alemão Johann Wilhelm Ritter observou que raios invisíveis logo além da extremidade violeta do espectro visível escureciam papel embebido em cloreto de prata mais rapidamente que a própria luz violeta. Ele anunciou a descoberta em uma carta muito breve à revista Annalen der Physik. com referência a Depois, chamou esses raios de "desoxidantes", em alemão de-oxidierende Strahlen, para ressaltar sua reatividade química e distingui-los dos "raios de calor", descobertos no ano anterior na outra extremidade do espectro visível. A expressão mais simples "raios químicos" foi adotada pouco depois e permaneceu em uso ao longo do século XIX. Alguns pesquisadores defendiam que essa radiação era inteiramente diferente da luz. John William Draper, por exemplo, deu a ela o nome de "raios titônicos". As expressões "raios químicos" e "raios de calor" foram substituídas por radiação ultravioleta e infravermelha, respectivamente. Em 1878, descobriu-se que a luz de ondas curtas podia matar bactérias e produzir um efeito esterilizante. Em 1903, já se sabia que os comprimentos de onda mais eficazes estavam próximos de 250 nm. O efeito da radiação ultravioleta sobre o DNA foi estabelecido em 1960.

Em 1893, o físico alemão Victor Schumann descobriu a radiação ultravioleta com comprimentos de onda inferiores a 200 nm. Essa faixa recebeu o nome de "ultravioleta de vácuo" por ser fortemente absorvida pelo oxigênio do ar.A camada de ozônio também protege os seres vivos dessa radiação. A divisão do ultravioleta em UVA, UVB e UVC foi aprovada por unanimidade por uma comissão do Segundo Congresso Internacional sobre a Luz, em 17 de agosto de 1932, no Palácio de Christiansborg, em Copenhague.

Subtipos

O espectro eletromagnético da radiação ultravioleta, definido de maneira mais abrangente entre 10 e 400 nanômetros, pode ser subdividido nas faixas recomendadas pela norma ISO 21348.

Nome Sigla Comprimento de onda, em nm Energia do fóton, em eV e aJ Observações e outros nomes Ultravioleta A UVA 315–400 3,10–3,94 eV0,497–0,631 aJ UV de ondas longas, luz negra, não absorvido pela camada de ozônio. Também chamado de UV mole. Ultravioleta B UVB 280–315 3,94–4,43 eV0,631–0,710 aJ UV de ondas médias, em grande parte absorvido pela camada de ozônio. Também chamado de UV intermediário ou radiação de Dorno. Ultravioleta C UVC 100–280 4,43–12,4 eV0,710–1,99 aJ UV de ondas curtas ou germicida. É ionizante nos comprimentos de onda menores e completamente absorvido pela camada de ozônio e pela atmosfera. Também chamado de UV duro. Ultravioleta próximo NUV 300–400 3,10–4,13 eV0,497–0,662 aJ Visível para aves, insetos e peixes. Ultravioleta médio MUV 200–300 4,13–6,20 eV0,662–0,993 aJ Ultravioleta distante FUV 122–200 6,20–10,16 eV0,993–1,628 aJ Ionizante nos comprimentos de onda menores. Lyman-alfa do hidrogênio H Lyman-α 121–122 10,16–10,25 eV1,628–1,642 aJ Linha espectral em 121,6 nm, com energia de 10,20 eV. Ultravioleta extremo EUV 10–121 10,25–124 eV1,642–19,9 aJ Inteiramente ionizante em algumas definições. Completamente absorvido pela atmosfera. UVC distante 200–235 5,28–6,20 eV0,846–0,993 aJ Germicida. Em condições experimentais, uma única exposição apresentou danos mínimos ao DNA, mas exposições repetidas podem trazer riscos. Ultravioleta de vácuo VUV 10–200 6,20–124 eV0,993–19,9 aJ Fortemente absorvido pelo oxigênio atmosférico. Comprimentos de onda entre 150 e 200 nm podem se propagar pelo nitrogênio.

Na fotodermatologia, também se usam as subdivisões UVA1, para os comprimentos de onda maiores, e UVA2, para os menores, separadas por um limite próximo de 340 nm.

Dispositivos de estado sólido e a vácuo foram investigados para uso em diferentes partes do espectro UV. Muitas dessas abordagens adaptam sensores de luz visível, que podem apresentar respostas indesejadas a essa luz e instabilidades. O ultravioleta pode ser detectado por fotodiodos e fotocátodos ajustados para responder a diferentes regiões do espectro. Também existem fotomultiplicadores sensíveis ao UV. Espectrômetros e radiômetros são usados para medir a radiação ultravioleta. Detectores de silício são empregados em todo o espectro.

Ultravioleta de vácuo A radiação ultravioleta de vácuo, ou VUV, com comprimentos de onda inferiores a 200 nm, é fortemente absorvida pelo oxigênio molecular do ar. Na faixa de aproximadamente 150 a 200 nm, porém, ela pode se propagar pelo nitrogênio. Instrumentos científicos podem operar nessa região do espectro em uma atmosfera sem oxigênio, composta de nitrogênio puro ou, para comprimentos de onda menores, de argônio, dispensando câmaras de vácuo caras. Entre os exemplos estão os equipamentos de fotolitografia de 193 nm usados na fabricação de semicondutores e os espectrômetros de dicroísmo circular.

Por muitas décadas, a astronomia solar estimulou o desenvolvimento de instrumentos para VUV. Componentes ópticos podem eliminar a luz visível indesejada que contamina as medições, mas a resposta dos detectores à radiação fora da faixa VUV pode limitar seu desempenho. Por isso, o desenvolvimento de dispositivos insensíveis à luz solar recebeu atenção nas pesquisas. Dispositivos de estado sólido com larga banda proibida ou dispositivos a vácuo com fotocátodos de elevado limiar de energia podem ser alternativas aos diodos de silício.

Ultravioleta extremo

O ultravioleta extremo, abreviado como EUV ou XUV, pode ionizar átomos pela absorção de fótons. A interação depende da energia dos fótons e dos níveis eletrônicos de cada elemento, podendo envolver elétrons de valência ou elétrons de camadas internas. Uma linha espectral do He+, em 30,4 nm, é usada em observações solares nessa faixa. A maioria dos materiais conhecidos absorve fortemente essa radiação, mas é possível fabricar componentes ópticos multicamadas que reflitam até cerca de 50% do EUV em incidência normal. Os foguetes de sondagem NIXT e MSSTA usaram essa tecnologia na década de 1990, e ela foi empregada na construção de telescópios para obter imagens solares. O satélite Extreme Ultraviolet Explorer também observou o céu nessa faixa.

Ultravioleta duro e mole As expressões "UV duro" e "UV mole" distinguem faixas de maior e menor energia. Na astrofísica, por exemplo, a divisão pode ser feita no limite de Lyman, em 91,2 nm, correspondente à energia necessária para ionizar um átomo de hidrogênio em seu estado fundamental. Nesse caso, o UV duro é o mais energético. Esses termos também são usados em áreas como a cosmetologia e a optoeletrônica. O valor adotado como limite não é necessariamente o mesmo, mesmo em áreas científicas próximas. Uma publicação de física aplicada, por exemplo, estabeleceu a separação em 190 nm.

Ultravioleta solar miniaturadaimagem|upright=1.35|Concentração de ozônio em diferentes altitudes, em DU/km, e bloqueio das faixas ultravioletas. Praticamente toda a radiação UVC é bloqueada pelo oxigênio diatômico, entre 100 e 200 nm, ou pelo ozônio, oxigênio triatômico, entre 200 e 280 nm. A camada de ozônio também bloqueia a maior parte do UVB. O UVA quase não é afetado pelo ozônio, e a maior parte chega ao solo. Ele compõe quase toda a radiação ultravioleta que atravessa a atmosfera terrestre. Objetos muito quentes emitem radiação UV, como prevê a radiação de corpo negro. O Sol emite em todos os comprimentos de onda ultravioletas, inclusive no ultravioleta extremo, que chega à faixa dos raios X em 10 nm. Estrelas extremamente quentes, como as dos tipos O e B, emitem proporcionalmente mais UV que o Sol. No espaço, no topo da atmosfera terrestre, a luz solar é composta de aproximadamente 50% de infravermelho, 40% de luz visível e 10% de ultravioleta. A intensidade total é de cerca de 1.400 W/m2 no vácuo, valor relacionado à constante solar.