¿Qué es una resonancia de electrones?
La resonancia de giro de electrones (ESR) es una forma de espectroscopía utilizada en materiales paramagnéticos, materiales que se vuelven magnéticos cuando se exponen a un campo magnético externo. ESR también se conoce como resonancia paramagnética electrónica, o EPR. La resonancia de espín de electrones tiene una variedad de aplicaciones en química y biología, e incluso tiene usos en campos como la computación cuántica.
Un electrón lleva una carga y gira. Por lo tanto, induce un momento magnético. Si se coloca en un campo magnético externo, el momento magnético del electrón se alineará con la dirección del campo magnético. También es posible que el electrón se alinee en la dirección opuesta del campo magnético, pero esto requiere más energía y no es el estado natural del electrón. Esta es la base científica para la resonancia de giro de electrones.
con ESR, una sustancia con moléculas que tienen electrones extra o no apareados se colocan en un campo magnético y energía, generalmente en forma de microondas, se aplica a él.Los electrones no apareados absorberán la energía electromagnética y se moverán a un estado de energía más alto al realineando sus momentos magnéticos para ser opuestos del campo magnético aplicado externamente. La frecuencia de energía absorbida por los electrones indica la estructura química de la molécula a la que están unidas. De esta manera, la resonancia de giro de electrones se puede utilizar para determinar la composición química de diferentes materiales.
Es fundamental que la sustancia tenga electrones no apareados. Esto se debe a que los electrones emparejados, según el principio de exclusión de Pauli, tendrán giros en direcciones opuestas y, por lo tanto, no hay momento magnético neto. Estos materiales se conocen como diamagnéticos y no son adecuados para la ESR
Al igual que con otras técnicas de espectroscopía de resonancia, se debe permitir que los electrones utilizados en la resonancia de giro de electrones se relajen y regresen a sus estados de menor energía. Si no, todos los electrones serán excitado y no será posible una más absorción. En este caso, no habrá nada que medir y, en consecuencia, no se producirá una señal. La relajación de la red de giro, donde un electrón da energía a su entorno, y la relajación de giro giratorias, donde un electrón da energía a otro electrón, son los dos métodos por los cuales la relajación puede ocurrir.
ESR es especialmente adecuado para la detección de radicales libres, que son un conjunto de moléculas altamente reactivas con electrones no apareados. Se sabe que los radicales libres son la causa de varias enfermedades, intoxicaciones e incluso cánceres. También causan la descomposición del esmalte dental a un ritmo conocido, lo que significa que la resonancia de giro de electrones se puede usar para fechar los dientes y, por extensión, humanos. El exceso de radicales libres también está presente en cerveza y vino que pasan su vida útil.
ESR también es un candidato líder en varias tecnologías de vanguardia. Estos incluyen fotosíntesis artificial y computación cuántica. En este último, al ajustar la ESR a Work En un solo electrón en lugar de un grupo de electrones, se puede crear una puerta lógica que corresponde a los estados de energía del momento magnético del electrón.