La luce avvia molte reazioni chimiche. Gli esperimenti presso il Centro aser dell'Istituto di chimica fisica dell'Accademia polacca delle scienze e la Facoltà di fisica dell'Università di Varsavia hanno, per la prima volta, dimostrato che aumentando l'intensità di illuminazione, alcune reazioni possono essere significativamente accelerate. Qui, i ricercatori hanno ottenuto l'accelerazione della reazione utilizzando coppie di impulsi laser ultracorti.

Al fine di indagare a fondo la natura dei processi coinvolti, i ricercatori hanno utilizzato coppie consecutive ultracorte di impulsi laser. È stato osservato un elevato aumento della velocità di reazione tra le molecole. Gli scienziati di Varsavia hanno riportato le loro scoperte in Chimica Fisica Fisica Chimica .

"I nostri esperimenti forniscono conoscenze fondamentali sui processi fisici che sono importanti per il corso di importanti reazioni indotte dalla luce. Questa conoscenza può essere potenzialmente utilizzata in molte applicazioni, soprattutto quando si tratta di sorgenti luminose ad alta intensità. Questi includono, tra gli altri, varie tecniche di imaging microscopico, spettroscopia ultraveloce e fotovoltaico, in particolare se vengono utilizzati dispositivi di focalizzazione della luce come i collettori solari, " afferma il Dott. Gonzalo Angulo (IPC PAS).

Nelle reazioni indotte dalla luce, un fotone con l'energia appropriata eccita una molecola di colorante. Quando c'è una molecola di quencher vicino alla molecola eccitata, avviene un'interazione. Potrebbe esserci un trasferimento di energia, un elettrone o un protone, tra i due reagenti. Reazioni di questo tipo sono comuni in natura. Un buon esempio è il trasferimento di elettroni nella fotosintesi, che svolge un ruolo chiave nella formazione dell'ecosistema terrestre.

Un fattore che può influenzare la velocità delle reazioni è l'intensità della luce che le avvia. Per studiare la natura di questi processi, i chimici usavano impulsi laser della durata di femtosecondi invece del tradizionale flusso continuo di luce. L'energia degli impulsi è stata regolata in modo che le molecole di colorante si spostassero nello stato energetico eccitato. Gli impulsi sono stati raggruppati in coppie. L'intervallo tra gli impulsi in una coppia era di diverse decine di picosecondi (trilionesimi di secondo) ed era adattato al tipo di molecole reattive e all'ambiente della soluzione.

"La teoria e gli esperimenti richiedevano cura e attenzione, ma l'idea fisica in sé è abbastanza semplice, qui, " nota Jadwiga Milkiewicz, un dottorato di ricerca studente presso IPC PAS, e spiega:"Affinché si verifichi la reazione, ci deve essere una molecola di quencher vicino alla molecola di colorante eccitata dalla luce. Quindi se abbiamo una coppia di molecole che hanno già reagito tra loro, significa che erano abbastanza vicini l'uno all'altro. Se, dopo la reazione, entrambe le molecole sono riuscite a tornare al loro stato fondamentale, l'assorbimento di un nuovo fotone da parte del colorante ha il potenziale per avviare un'altra reazione prima che le molecole si allontanino l'una dall'altra nello spazio".

Il corso delle reazioni nelle soluzioni dipende da molti fattori come la temperatura, pressione, viscosità o la presenza di un campo elettrico o magnetico. La ricerca presso l'IPC PAS ha dimostrato che questi fattori influenzano anche l'accelerazione della reazione chimica che avviene con una maggiore intensità di illuminazione. In alcune condizioni, l'accelerazione della reazione era impercettibile; in condizioni ottimali, la velocità della reazione è aumentata dal 25 al 30 percento.

"Nei nostri esperimenti finora, ci siamo concentrati sulle reazioni di trasferimento di elettroni indotte dalla luce, cioè quelli che modificano la carica elettrica delle molecole. Però, non vediamo alcuna ragione per cui il meccanismo che abbiamo osservato non possa funzionare in altre variazioni di queste reazioni. Quindi in un prossimo futuro, cercheremo di confermarne l'efficacia nelle reazioni di trasferimento di energia o nelle reazioni che coinvolgono anche il trasferimento di protoni, " dice il dottor Angulo.