De centelleo (física)
En moléculas orgánicas, el centelleo es un producto de los orbitales π. Los materiales orgánicos forman cristales moleculares donde las moléculas están ligadas libremente por las fuerzas de Van der Waals. El estado fundamental de 12C es 1s2 2s2 2p2. En la teoría de enlaces de valencia, cuando el carbono forma compuestos, uno de los electrones 2s se excita en el estado 2p, lo que resulta en una configuración de 1s2 2s1 2p3. Para describir las diferentes valencias del carbono, los cuatro orbitales de electrones de valencia, uno 2s y tres 2p, se consideran mezclados o hibridados en varias configuraciones alternativas. Por ejemplo, en una configuración tetraédrica, los orbitales s y p3 se combinan para producir cuatro orbitales híbridos. En otra configuración, conocida como configuración trigonal, uno de los orbitales p (digamos pz) permanece sin cambios y se producen tres orbitales híbridos mezclando los orbitales s, px y py. Los orbitales que son simétricos sobre los ejes de enlace y el plano de la molécula (sp2) se conocen como σ-electrones y los enlaces se llaman σ-enlaces. El orbital pz se llama orbital π. Un enlace π ocurre cuando dos orbitales π interactúan. Esto ocurre cuando sus planos nodales son coplanares.
En ciertas moléculas orgánicas, los orbitales π interactúan para producir un plano nodal común. Estos forman electrones π deslocalizados que pueden ser excitados por radiación. La desexcitación de los electrones π deslocalizados resulta en luminiscencia.
Los estados excitados de los sistemas de electrones π se pueden explicar por el modelo de electrones libres perimetrales (Platt 1949). Este modelo se utiliza para describir hidrocarburos policíclicos consistentes en sistemas condensados de anillos bencenoides en los que ningún átomo C pertenece a más de dos anillos y cada átomo C está en la periferia.
El anillo se puede aproximar como un círculo con circunferencia l. La función de onda del orbital de electrones debe satisfacer la condición de un rotador plano:
ψ ( x ) = ψ ( x + l ) {\displaystyle \psi (x)=\psi (x+l)\,}
Las soluciones correspondientes a la ecuación de onda de Schrödinger son:
ψ 0 = ( 1 l ) 1 2 ψ q 1 = ( 2 l ) 1 2 cos ( 2 π p x l ) ψ q 2 = ( 2 l ) 1 2 el pecado ( 2 π p x l ) Y q = q 2 ℏ 2 2 m 0 l 2 {\displaystyle {\begin{aligned}\psi _{0}&=\left({\frac {1}{l}}\right)^{\frac {1}{2}}\\\psi _{p1}&=\left({\frac {2}{l}}\right)^{\frac {1}{2}}\cos {\left({\frac {2\pi \ qx}{l}}\right)}\\\psi _{p2}&=\left({\frac {2}{l}}\right)^{\frac {1}{2}}\sin {\left({\frac {2\pi \ qx}{l}}\right)}\\E_{q}&={\frac {q^{2}\manejadores ^{2}}{2m_{0}l^{2}}}\end{aligned}}}
donde q es el anillo orbital número cuántico, el número de nodos de la función de onda. Dado que el electrón puede girar hacia arriba y hacia abajo y puede girar alrededor del círculo en ambas direcciones, todos los niveles de energía, excepto los más bajos, son doblemente degenerados.
Lo anterior muestra los niveles de energía π-electrónica de una molécula orgánica. La absorción de radiación es seguida por la vibración molecular hasta el estado S1. Esto es seguido por una desexcitación al estado S0 llamado fluorescencia. La población de estados triples también es posible por otros medios. Los estados triples decaen con un tiempo de decaimiento mucho más largo que los estados singletes, lo que resulta en lo que se llama el componente lento del proceso de decaimiento (el proceso de fluorescencia se llama el componente rápido). Dependiendo de la pérdida de energía particular de una partícula determinada (dE/dx), los estados «rápido» y «lento» se ocupan en diferentes proporciones. Por lo tanto, las intensidades relativas en la salida de luz de estos estados difieren para diferentes dE/dx. Esta propiedad de los centelleadores permite la discriminación de la forma del pulso: es posible identificar qué partícula se detectó mirando la forma del pulso. Por supuesto, la diferencia de forma es visible en el lado posterior del pulso, ya que se debe a la descomposición de los estados excitados.