Resolviendo la transferencia de electrones

Investigadores del EPFL han mostrado que un disolvente pude interferir en la transferencia de electrones usando una resolución temporal sin precedentes en espectroscopia fluorescente ultrarápida.

La transferencia de electrones es un proceso por el cual un átomo dona un electrón a otro. Es la base de todas las reacciones químicas, y es objeto de intensa investigación por las implicaciones que tiene para la química y la biología. Cuando dos moléculas interactúan, la transferencia de electrones tiene lugar en unos pocos quadrillones de segundo(10-15), o femto segundos(fsec), lo que significa que estudiar este evento requiere técnicas muy sensibles al tiempo como la espectroscopía ultrarápida. Sin embargo, la transferencia por si misma se ve a menudo influenciada por la solución en la cual son estudiadas las moléculas, por ejemplo el agua, y esto debe tenerse en cuenta cuando se diseñan tales experimentos. Recientemente, científicos del EPFL han visualizado por primera vez cómo tiene lugar la transferencia de electrones en uno de los disolventes más comunes, el agua.

Durante 20 años, los científicos han intentado comprender cómo un electrón parte de un átomo o una molécula, viaja a través del espacio en un disolvente y finalmente conecta con un átomo aceptor o molécula. Hasta ahora, los esfuerzos experimentales no han dado sus frutos, principalmente porque los periodos de tiempo extremadamente cortos implicados en la transferencia de electrones. El problema es mucho más complicado cuando consideramos que las moléculas del disolvente más común, el agua, son polares, lo que significa que responden al movimiento del electrón por influencia del mismo. Comprender el impacto en tiempo real del disolvente es crucial, ya que afecta directamente al resultado y la eficiencia de la transferencia de electrones en las reacciones químicas.

Los investigadores emplearon una configuración única en el mundo en su laboratorio para observar la evolución del movimiento del electrón con una resolución temporal sin precedentes. Los científicos excitaron yoduro en agua con luz ultravioleta, causando la eyección de un electrón desde el átomo de yoduro. Usando una técnica llamada espectroscopía fluorescente ultrarápida, observaron la partida del electrón a diferentes periodos entre 60 fsec y 450 fsec.

El experimento mostró que la partida del electrón depende muucho de la configuración de la jaula del disolvente alrededor del yoduro. En química, una "jaula disolvente" hace referencia a la manera en que las moléculas del disolvente se configuran alrededor del átomo o molécula e intenta mantenerlo en su lugar. Lo que descubrieron los investigadores del EPFL fue que las moléculas polarizadas de agua mantienen el electrón excitado en un lugar por un tiempo, causando algunas reestructuraciones del disolvente (agua) en el proceso, mientras que la fuerza conductora para la eyección del electrón en el disolvente se reduce. Por último, la jaula disolvente no previene la partida de los electrones, pero los ralentiza reduciendo el tiempo de residencia al rededor del yoduro hasta los 450 fsec.

Via EPFL