¿Qué es una resonancia de giro de electrones?
La resonancia de espín electrónico (ESR) es una forma de espectroscopia utilizada en materiales paramagnéticos, materiales que se vuelven magnéticos cuando se exponen a un campo magnético externo. La ESR también se conoce como resonancia paramagnética electrónica o EPR. La resonancia de espín electrónico 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 del espín electrónico.
Con ESR, una sustancia con moléculas que tienen electrones adicionales, o no apareados, se coloca en un campo magnético y se le aplica energía, generalmente en forma de microondas. Los electrones no apareados absorberán la energía electromagnética y se moverán a un estado de energía superior al realinear sus momentos magnéticos para que sean opuestos al campo magnético aplicado externamente. La frecuencia de energía absorbida por los electrones indica la estructura química de la molécula a la que están unidos. De esta manera, la resonancia de espín electrónico puede usarse para determinar la composición química de diferentes materiales.
Es crítico que la sustancia tenga electrones no apareados. Esto se debe a que los electrones emparejados, según el Principio de Exclusión de Pauli, tendrán espines en direcciones opuestas y, por lo tanto, no tendrán un momento magnético neto. Estos materiales se conocen como diamagnéticos y no son adecuados para la VSG.
Al igual que con otras técnicas de espectroscopía de resonancia, se debe permitir que los electrones utilizados en la resonancia de espín electrónico se relajen y vuelvan a sus estados de energía más bajos. De lo contrario, todos los electrones se excitarán y no será posible una mayor absorción. En este caso, no habrá nada que medir y, en consecuencia, no se producirá ninguna señal. La relajación de la red de espín, donde un electrón da energía a su entorno, y la relajación de espín, donde un electrón le da energía a otro electrón, son los dos métodos por los cuales puede producirse la relajación.
La ESR es especialmente adecuada 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 caries del esmalte dental a una velocidad conocida, lo que significa que la resonancia del espín electrónico puede usarse para fechar los dientes y, por extensión, los humanos. El exceso de radicales libres también está presente en la cerveza y el vino que han pasado su vida útil.
ESR también es un candidato líder en varias tecnologías de vanguardia. Estos incluyen la fotosíntesis artificial y la computación cuántica. En el último, al ajustar la ESR para que funcione en un solo electrón en lugar de un grupo de electrones, se puede crear una puerta lógica que corresponda a los estados de energía del momento magnético del electrón.