Femtoquímica

Femtoquímica es el área de la química física que estudia reacciones químicas en escalas de tiempo extremadamente cortas (aproximadamente 10⁻¹⁵ segundos o un femtosegundo, de ahí el nombre) para estudiar el acto mismo de los átomos dentro de las moléculas (reactivos) que se reorganizan para formar nuevas moléculas (productos). En una edición de 1988 de la revista Science, Ahmed Hassan Zewail publicó un artículo utilizando este término por primera vez, afirmando "Femtoquímica en tiempo real, es decir, química en la escala de tiempo de femtosegundos"..". Más tarde, en 1999, Zewail recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo pionero en este campo que demostró que es posible ver cómo se mueven los átomos de una molécula durante una reacción química con destellos de luz láser.

La aplicación de la femtoquímica en estudios biológicos también ha ayudado a dilucidar la dinámica conformacional de las estructuras de ARN tallo-loop.

Muchas publicaciones han discutido la posibilidad de controlar reacciones químicas mediante este método, pero esto sigue siendo controvertido. Los pasos en algunas reacciones ocurren en la escala de tiempo de femtosegundos y, a veces, en escalas de tiempo de attosegundos, y en ocasiones formarán productos intermedios. Estos intermediarios de reacción no siempre se pueden deducir observando los productos inicial y final.

Espectroscopia bomba-sonda

El enfoque más simple y aún una de las técnicas más comunes se conoce como espectroscopia de bomba-sonda. En este método, se utilizan dos o más pulsos ópticos con un retardo de tiempo variable entre ellos para investigar los procesos que ocurren durante una reacción química. El primer pulso (bomba) inicia la reacción, rompiendo un enlace o excitando uno de los reactivos. El segundo pulso (sonda) se utiliza luego para interrogar el progreso de la reacción un cierto período de tiempo después del inicio. A medida que avanza la reacción, la respuesta del sistema de reacción al pulso de la sonda cambiará. Al escanear continuamente el retraso entre los pulsos de la bomba y la sonda y observar la respuesta, los trabajadores pueden reconstruir el progreso de la reacción en función del tiempo.

Ejemplos

Bromide dissociation

La femtoquímica se ha utilizado para mostrar las etapas electrónicas de disociación del bromo resueltas en el tiempo. Cuando se disocian mediante un pulso láser de 400 nm, los electrones se localizan completamente en átomos individuales después de 140 fs, con los átomos de Br separados por 6,0 Å después de 160 fs.