Licht brengt veel chemische reacties op gang. Experimenten in het aser-centrum van het Instituut voor Fysische Chemie van de Poolse Academie van Wetenschappen en de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Warschau hebben, Voor de eerste keer, aangetoond dat door de verlichtingsintensiteit te verhogen, sommige reacties kunnen aanzienlijk worden versneld. Hier, onderzoekers bereikten reactieversnelling met behulp van paren ultrakorte laserpulsen.

Om de aard van de betrokken processen grondig te onderzoeken, de onderzoekers gebruikten ultrakorte opeenvolgende paren laserpulsen. Er werd een sterke toename van de reactiesnelheid tussen de moleculen waargenomen. De wetenschappers van Warschau hebben hun bevindingen gerapporteerd in Fysische chemie Chemische fysica .

"Onze experimenten bieden fundamentele kennis over de fysische processen die belangrijk zijn voor het verloop van belangrijke door licht geïnduceerde reacties. Deze kennis kan potentieel in veel toepassingen worden gebruikt, vooral als het gaat om lichtbronnen met een hoge intensiteit. Waaronder, onder andere, verschillende microscopische beeldvormingstechnieken, ultrasnelle spectroscopie en fotovoltaïsche energie, vooral als lichtfocusserende apparaten zoals zonnecollectoren worden gebruikt, " zegt Dr. Gonzalo Angulo (IPC PAS).

Bij door licht geïnduceerde reacties, een foton met de juiste energie prikkelt een kleurstofmolecuul. Wanneer er een blusmolecuul in de buurt van het aangeslagen molecuul is, er vindt een interactie plaats. Er kan een overdracht van energie zijn, een elektron of een proton, tussen de twee reactanten. Reacties van dit type komen veel voor in de natuur. Een goed voorbeeld is elektronenoverdracht bij fotosynthese, die een sleutelrol speelt bij de vorming van het ecosysteem van de aarde.

Een factor die de snelheid van reacties kan beïnvloeden, is de intensiteit van het licht dat ze initieert. Om de aard van deze processen te bestuderen, de chemici gebruikten laserpulsen die femtoseconden aanhielden in plaats van de traditionele continue lichtstroom. De energie van de impulsen werd zo aangepast dat de kleurstofmoleculen in de geëxciteerde energietoestand bewogen. De pulsen werden in paren gegroepeerd. Het interval tussen pulsen in een paar was enkele tientallen picoseconden (biljoensten van een seconde) en was afgestemd op het type reagerende moleculen en de omgeving van de oplossing.

"De theorie en de experimenten vergden zorg en aandacht, maar het fysieke idee zelf is vrij eenvoudig, hier, " merkt Jadwiga Milkiewicz op, een doctoraat student aan IPC PAS, en legt uit:"Om de reactie te laten plaatsvinden, er moet een blusmiddelmolecuul zijn in de buurt van het door licht opgewekte kleurstofmolecuul. Dus als we een paar moleculen hebben die al met elkaar hebben gereageerd, het betekent dat ze dicht genoeg bij elkaar waren. Indien, na de reactie, beide moleculen zijn erin geslaagd om terug te keren naar hun grondtoestand, de absorptie van een nieuw foton door de kleurstof heeft het potentieel om een ​​nieuwe reactie te initiëren voordat de moleculen in de ruimte van elkaar weg bewegen."

Het verloop van reacties in oplossingen hangt van veel factoren af, zoals temperatuur, druk, viscositeit of de aanwezigheid van een elektrisch of magnetisch veld. Het onderzoek aan de IPC PAS heeft aangetoond dat deze factoren ook van invloed zijn op de versnelling van de chemische reactie die optreedt bij een verhoogde intensiteit van de verlichting. Onder bepaalde voorwaarden, de versnelling van de reactie was onmerkbaar; onder optimale omstandigheden, de reactiesnelheid nam toe met 25 tot 30 procent.

"In onze experimenten tot nu toe, we hebben ons geconcentreerd op door licht geïnduceerde elektronenoverdrachtsreacties - dat wil zeggen, die welke de elektrische lading van de moleculen veranderen. Echter, we zien geen enkele reden waarom het mechanisme dat we hebben waargenomen niet zou kunnen functioneren in andere variaties van deze reacties. Dus in de nabije toekomst we zullen proberen de werkzaamheid ervan te bevestigen bij reacties op energieoverdracht of bij reacties waarbij ook protonenoverdracht betrokken is, " zegt dr. Angulo.