Transizione elettronica e stato eccitato: un fenomeno fondamentale della chimica
La transizione elettronica è un fenomeno che implica il passaggio di un elettrone da uno stato stazionario a un altro, comportando fenomeni di irraggiamento. Alcune reazioni si verificano in seguito all’irraggiamento, come nel caso delle reazioni fotochimiche, come ad esempio la fotosintesi clorofilliana, fondamentale per la vita sul nostro pianeta.
I processi visivi sono basati su reazioni fotochimiche che trasformano un impulso luminoso in un’azione chimica e quindi nervosa. Quando una molecola viene irradiata nella zona di assorbimento dello spettro, può passare dallo stato fondamentale allo stato eccitato. Questa transizione può essere accompagnata da variazioni di energia vibrazionale e rotazionale.
Stati quantici e vibrazionali
Gli stati quantici vibrazionali provocano la formazione di bande larghe nelle molecole poliatomiche in soluzione. La molecola eccitata elettronicamente può perdere l’energia vibrazionale in eccesso in seguito ad urti, dando luogo a molecole raffreddate dal punto di vista vibrazionale. La maggior parte delle molecole nel loro stato fondamentale ha gli elettroni con spin appaiati, ma durante la transizione elettronica, uno stato di tripletto può risultare più stabile se il salto elettronico è accompagnato da un’inversione di spin.
Diagramma di Jablonsky
Il diagramma di Jablonsky rappresenta la ripartizione dell’energia acquisita dalla molecola in seguito all’assorbimento di un fotone. Esso mostra come la molecola può ridistribuire o perdere la sua energia in diversi modi, tra cui la conversione interna e l’incrocio intersistema.
Fluorescenza e fosforescenza
La disattivazione degli stati S1 e T1 per emissione di luce è un processo inverso all’assorbimento: l’emissione da S1 è detta fluorescenza. La fosforescenza, invece, è la lenta emissione di luce dagli stati eccitati a vita più lunga. Le molecole eccitate possono dare luogo a reazioni fotochimiche, perdere energia vibrazionale in eccesso per collisione o perdere energia per emissione di un fotone, contribuendo così a processi chimici e fisici di fondamentale importanza nella chimica e nella biochimica.