Menu Contract Home Previous Up one level Next Downright Search Settings Top

15.4  El destí dels estats excitats

|1⟩ Els estats electrònics excitats es desactiven per diversos mecanismes.
La figura 15.3 il·lustra quin pot ser el destí dels estats excitats de les molècules. Introduirem alguns conceptes.
Figura 15.3: Diagrama de Jablonski per a un sistema amb tres estats: l’estat fonamental (un singlet), un estat excitat (també singlet), i un altre estat excitat amb multiplicitat diferent de la de l’estat fonamental (triplet).
|2⟩ Relaxació vibracional: la molècula xoca i cau a un estat vibracional inferior.
La relaxació vibracional fa caure la molècula a estats vibracionals més baixos, però sempre dins el mateix estat electrònic. Pot produir-se de dues maneres.
  • Per xocs amb altres molècules, que s’emporten l’energia vibracional que cedeix la nostra molècula.
  • En fase gasosa, on les col·lisions són poc freqüents, la molècula pot emetre radiació infraroja a mesura que va caient a nivells vibracionals més baixos.
|3⟩ Conversió externa: la molècula xoca i cau a un estat electrònic inferior.
En la conversió externa, la molècula (en un estat excitat) xoca amb altra molècula i li cedeix part de l’energia. Com a conseqüència del xoc, la nostra molècula cau a un estat electrònic diferent d’energia més baixa (per exemple, l’estat fonamental),
Un cas particular seria una reacció química,
|4⟩ Conversió interna: transforma energia electrònica en vibracional (mateix  ).
En la conversió interna, la molècula, sense xocar amb cap altra molècula, passa a un estat vibracional d’un altre estat electrònic amb la mateixa multiplicitat, és a dir, converteix energia electrònica en energia vibracional, sense que la molècula perdi o guany energia, i sense canviar la multiplicitat.
Alerta! La conversió interna és un procés no radiatiu: ni s’emet ni s’absorbeix cap fotó.
|5⟩ Creuament d’intersistema: transforma energia electrònica en vibracional (diferent  ).
El creuament d’intersistema és similar a la conversió interna, però ara els estats electrònics inicial i final tenen diferent multiplicitat. Això fa que, a diferència de la conversió interna, es produeixi amb certa dificultat. Serà més important en molècules amb àtoms pesants, ja que aquests experimenten un acoblament espín-òrbita més intens.
El creuament d’intersistema també és un procés no radiatiu.
|6⟩ Fluorescència: emissió espontània de radiació (mateix  ).
La fluorescència és l’emissió espontània de radiació entre estats amb la mateixa multiplicitat.
La fluorescència és un procés ràpid (típicament, entre  i  ), encara que no tant com la relaxació vibracional, la conversió externa o la conversió interna.
|7⟩ Fosforescència: emissió espontània de radiació (diferent  ).
La fosforescència és l’emissió espontània de radiació entre estats amb diferent multiplicitat. Aquesta transició hauria d’estar prohibida per la regla de selecció . Això no obstant, i degut a l’acoblament espín-òrbita, la transició es produeix, encara que molt lentament (típicament, en intervals de segons o minuts). Per a observar-la, ha de fer-se a baixa temperatura o en estat sòlid, ja que les col·lisions desactiven la fosforescència.
|8⟩ Els diagrames de Jablonski il·lustren el destí dels estats excitats.
La figura 15.3 il·lustra el cicle dels estat electrònics en un molècula.
L’absorció d’un fotó excita la molècula des de l’estat fonamental (singlet) a un nivell vibracional elevat de l’estat excitat (singlet). El diagrama mostra quatre maneres diferent de tornar al estat de partida.
  1. Conversió interna a un nivell vibracional elevat de , seguida de relaxació vibracional.
  2. Relaxació vibracional seguida de conversió externa a .
  3. Relaxació vibracional seguida de fluorescència a .
  4. Creuament d’intersistema a un nivell vibracional elevat de l’estat electrònic (triplet), seguit de relaxació vibracional i de fosforescència a .