La separación de carga fotoinducida es el proceso por el cual un electrón en un átomo o molécula se excita a un nivel de energía más alto mediante la absorción de un fotón y luego abandona el átomo o la molécula hacia el espacio libre o hacia un aceptor de electrones cercano . [1]
Un átomo está formado por un núcleo cargado positivamente rodeado de electrones ligados. El núcleo está formado por neutrones sin carga y protones cargados positivamente. Los electrones están cargados negativamente. A principios del siglo XX, Ernest Rutherford sugirió que los electrones orbitaban alrededor del núcleo central denso de manera análoga a los planetas que orbitan alrededor del Sol. La fuerza centrípeta necesaria para mantener a los electrones en órbita era proporcionada por la fuerza de Coulomb de los protones en el núcleo que actuaba sobre los electrones; de la misma manera que la fuerza gravitatoria 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 sincrotrón haría que el electrón en órbita perdiera energía orbital y se desviara en espiral hacia adentro, ya que la cantidad vectorial de aceleración de la partícula multiplicada por su masa (el valor de la fuerza necesaria para mantener al electrón en movimiento circular) sería menor que la fuerza eléctrica que el protón aplica al electrón.
Una vez que el electrón se desplaza en espiral hacia el núcleo, se combina con un protón para formar un neutrón y el átomo deja de existir. Este modelo es claramente erróneo.
En 1913, Niels Bohr perfeccionó el modelo de Rutherford al afirmar que los electrones existían en estados cuantizados discretos llamados niveles de energía . Esto significaba que los electrones solo podían ocupar órbitas a ciertas energías. Aquí se aplican las leyes de la física cuántica , que no cumplen con las leyes de la mecánica newtoniana clásica .
Un electrón que se encuentra en estado estacionario y completamente libre del átomo tiene una energía de 0 julios (o 0 electronvoltios). Un electrón que se describe como que está 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 solo 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 superior.
Si un fotón de luz que golpea 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.