Tuesday, Nov 24, 2020
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Científicos analizan directamente cómo la luz excita los electrones

Cuando una molécula interactúa con la luz, sus electrones pueden absorber energía del campo electromagnético reorganizando rápidamente sus posiciones.

Esta sutil reorganización prepara todo lo que sigue y decide cómo procede la reacción.

Ahora, científicos de la Universidad de Brown , la Universidad de Edimburgo y el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía han observado directamente cómo la nube de electrones de la molécula se hincha antes de que responda cualquiera de los núcleos atómicos en la molécula.

Esta es la primera vez que los científicos han captado directamente esta respuesta con rayos X en un proceso conocido como hacer películas moleculares. Su objetivo final era observar cómo actúan los electrones y los núcleos en tiempo real cuando se forman o se rompen los enlaces químicos.

Peter Weber, profesor de química en Brown

Autor principal del estudio, dijo :  “En películas moleculares pasadas, hemos podido ver cómo se mueven los núcleos atómicos durante una reacción química. Pero el enlace químico en sí, que es el resultado de la redistribución de electrones, era invisible. Ahora la puerta está abierta para observar cómo cambian los enlaces químicos durante las reacciones «.

 

 

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Científicos obtuvieron muestras de gas 1,3-ciclohexadieno

Para el estudio, los científicos obtuvieron muestras de gas 1,3-ciclohexadieno (CHD) con una longitud de onda de luz láser . Hacerlo excitó a las moléculas a un estado que vive durante un período relativamente largo —200 femtosegundos, o millonésimas de billonésima de segundo— . Para que su estructura electrónica pueda ser probada con pulsos de láser de rayos X LCLS.

Adam Kirrander, profesor titular de Edimburgo

Coautor principal del estudio, dijo:  «La dispersión de rayos X se ha utilizado para determinar la estructura de la materia durante más de 100 años, pero esta es la primera vez que la estructura electrónica de un el estado excitado se ha observado directamente «.

La técnica de dispersión de rayos X no resonante se utilizó para cuantificar la disposición de los electrones en la muestra. Su medición revela: Si bien la señal de los electrones era débil, los investigadores pudieron capturar cómo la nube de electrones se deformaba en una nube más gigante, inequívoca y difusa correspondiente a un estado electrónico excitado.

Haiwang Yong, Ph.D.

Estudiante de la Universidad Brown y autor principal del informe, dijo:  «En una reacción química, los núcleos atómicos se mueven, y es difícil desenredar esa señal de las otras partes que pertenecen a enlaces químicos que se forman o rompen. En este estudio, el cambio en las posiciones de los núcleos atómicos es relativamente pequeño en esa escala de tiempo, por lo que pudimos ver los movimientos de los electrones justo después de que la molécula absorbe la luz «.

Michael Minitti, científico principal del SLAC, agregó:  “Estamos creando imágenes de estos electrones a medida que se mueven y cambian de lugar. Esto allana el camino para observar los movimientos de los electrones dentro y alrededor de la ruptura y formación de enlaces directamente y en tiempo real; en ese sentido, es similar a la fotografía «.

 

Referencia de revista:
  1. Haiwang Yong, Observación de la respuesta molecular a la luz en la fotoexcitación. DOI: 10.1038 / s41467-020-15680-4

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