Los electrones pueden moverse dentro de las moléculas cuando se excitan desde el exterior o en el curso de una reacción química. Por primera vez, Los científicos ahora han logrado estudiar las primeras docenas de attosegundos de este movimiento de electrones en un líquido.

Para comprender cómo comienzan las reacciones químicas, Los químicos han utilizado experimentos en cámara superlenta durante años para estudiar los primeros momentos de una reacción. Estos días, son posibles mediciones con una resolución de unas pocas docenas de attosegundos. Un attosegundo es 1x10 ^-18 (una quintillonésima) de segundo, es decir., una millonésima de millonésima de millonésima de segundo.

"En estas primeras docenas de attosegundos de reacción, ya puedes observar cómo los electrones se desplazan dentro de las moléculas, "explica Hans Jakob Wörner, profesor del Laboratorio de Química Física de la ETH de Zúrich. "Más tarde, en el transcurso de aproximadamente 10, 000 attosegundos, o 10 femtosegundos, las reacciones químicas dan como resultado movimientos de átomos hasta la ruptura de enlaces químicos inclusive ".

Hace cinco años, el profesor de ETH fue uno de los primeros científicos en detectar movimientos de electrones en moléculas en la escala de attosegundos. Sin embargo, hasta ahora, tales mediciones podrían realizarse solo en moléculas en forma gaseosa porque tienen lugar en una cámara de alto vacío.

Transporte retrasado de electrones desde el líquido.

Después de construir equipos de medición novedosos, Wörner y sus colegas ahora han logrado detectar tales movimientos en líquidos. Para tal fin, los investigadores hicieron uso de la fotoemisión en el agua:irradiaron moléculas de agua con luz, provocando que emitan electrones que luego podrían medir. "Elegimos utilizar este proceso para nuestra investigación porque es posible iniciarlo con alta precisión temporal utilizando pulsos de láser, "Dice Wörner.

Las nuevas mediciones también se realizaron en alto vacío. Wörner y su equipo inyectaron un microjet de agua de 25 micrómetros de espesor en la cámara de medición. Esto les permitió descubrir que los electrones se emiten a partir de moléculas de agua en forma líquida de 50 a 70 attosegundos más tarde que las moléculas de agua en forma de vapor. La diferencia de tiempo se debe al hecho de que las moléculas en forma líquida están rodeadas por otras moléculas de agua, que tiene un efecto de retardo medible en moléculas individuales.

Paso importante

"Los movimientos de electrones son los eventos clave en las reacciones químicas. Por eso es tan importante medirlos en una escala de tiempo de alta resolución, "Dice Wörner." El paso de las mediciones en gases a las mediciones en líquidos es de particular importancia, porque la mayoría de las reacciones químicas, especialmente las que son bioquímicamente interesantes, tienen lugar en líquidos ".

Entre esos, hay numerosos procesos que, como fotoemisión en el agua, también se desencadenan por la radiación de la luz. Estos incluyen la fotosíntesis en plantas, los procesos bioquímicos en nuestra retina que nos permiten ver, y daño al ADN causado por rayos X u otra radiación ionizante. Con la ayuda de mediciones de attosegundos, los científicos deberían obtener nuevos conocimientos sobre estos procesos en los próximos años.