La separación de carga fotoinducida es el proceso por el cual un electrón en un átomo o molécula es excitado a un nivel de energía más alto por la absorción de un fotón y luego deja el átomo o molécula al espacio libre, o a un aceptor de electrones cercano .
Un átomo consta de un núcleo cargado positivamente rodeado de electrones unidos. El núcleo está formado por neutrones sin carga y protones con carga positiva. Los electrones están cargados negativamente. A principios del siglo XX, Ernest Rutherford sugirió que los electrones orbitaban alrededor del denso núcleo central de manera análoga a los planetas que orbitaban alrededor del Sol. La fuerza centrípeta necesaria para mantener a los electrones en órbita la proporcionaba la fuerza de Coulomb de los protones del núcleo que actuaban sobre los electrones; al igual que la fuerza gravitacional del Sol que actúa sobre un planeta proporciona la fuerza centrípeta necesaria para mantener el planeta en órbita.
Este modelo, aunque atractivo, no es válido en el mundo real. La radiación de sincrotrón haría que el electrón en órbita perdiera energía orbital y entrara en espiral, ya que la cantidad vectorial de aceleración de la partícula multiplicada por su masa (el valor de la fuerza requerida para mantener el electrón en movimiento circular) sería menor que la fuerza eléctrica que ejerce el electrón en órbita. protón aplicado al electrón.
Una vez que el electrón entrara en espiral hacia el núcleo, se combinaría con un protón para formar un neutrón y el átomo dejaría de existir. Este modelo está claramente equivocado.
En 1913, Niels Bohr perfeccionó el modelo de Rutherford al afirmar que los electrones existían en estados cuantificados discretos llamados niveles de energía . Esto significaba que los electrones sólo podían ocupar órbitas con determinadas energías. Aquí se aplican las leyes de la física cuántica y no cumplen con las leyes de la mecánica newtoniana clásica .
Un electrón que está estacionario y completamente libre del átomo tiene una energía de 0 julios (o 0 electronvoltios). Un electrón que se describe como en el "estado fundamental" tiene una energía (negativa) que es igual a la energía de ionización del átomo. El electrón residirá en este nivel de energía en circunstancias normales, a menos que el estado fundamental esté lleno, en cuyo caso los electrones adicionales residirán en estados de energía más altos.
Si un fotón de luz incide en el átomo, será absorbido si, y sólo si, la energía de ese fotón es igual a la diferencia entre el estado fundamental y otro nivel de energía en ese átomo. Esto eleva el electrón a un nivel de energía más alto.
Si un fotón de luz que incide sobre el átomo tiene una energía mayor que la energía de ionización, será absorbido y el electrón que absorbe la energía será expulsado del átomo con una energía igual a la energía del fotón menos la energía de ionización.