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L
a capacità della luce di interagire con la materia e, attra-
verso tali interazioni, provocare trasformazioni, permanenti
o temporanee, è un'informazione in qualche modo contenuta
nel Dna dell'Uomo. Fin dalla sua comparsa sulla Terra, infatti,
l'Uomo si è trovato ad interagire con un mondo in cui la luce
aveva un ruolo importante sullo svolgersi delle attività umane.
Gli effetti dell'interazione luce-materia erano ovviamente ben
rilevabili dalla sfera sensoriale: il semplice passaggio dal gior-
no alla notte, il succedersi delle stagioni, erano già per l'uomo
primitivo fenomeni governati dalla luce, così come lo era qual-
siasi cosa che cadesse sotto la sua osservazione diretta. Fe-
nomeni quali il fototropismo di alcune piante dimostravano co-
me la luce potesse inoltre provocare trasformazioni nette
nell'ambiente, così come il riscaldamento provocato dall'irrag-
giamento. Che la luce potesse essere adoperata dall'Uomo a
vari scopi è anche stato chiaro in tempi remoti. Un esempio,
magari non felice in tempi attuali, è l'utilizzo bellico degli spec-
chi ustori di Archimede. Che la luce fosse di fondamentale im-
portanza per la Vita sulla Terra era così evidente che nelle reli-
gioni dell'antichità la luce era spesso rappresentata da una di-
vinità benevola e potente [1]. Nel corso dei secoli, con il pro-
gredire della conoscenza e per soddisfare un bisogno naturale
di sapere, sono state proposte molte ipotesi, alcune delle quali
particolarmente fantasiose, su come l'interazione luce-materia
potesse avvenire e cosa innescasse le trasformazioni indotte
dalla luce. Comunque è solo con lo sviluppo scientifico avve-
nuto nel secolo scorso che si è arrivati ad una comprensione
soddisfacente dei processi di interazione luce-materia e delle
trasformazioni indotte dalla radiazione luminosa: una chiara
conoscenza dell'interazione luce-materia ha infatti dovuto
aspettare la comprensione del fenomeno della radiazione lumi-
nosa e lo sviluppo della teoria atomica e molecolare.
In questo articolo saranno brevemente ricordati alcuni dei pas-
saggi chiave per la razionalizzazione del fenomeno dell'intera-
zione luce-materia e saranno presentati i concetti fondamentali
della fotochimica, ovvero la scienza che studia le proprietà de-
gli stati eccitati della materia, dove l'aspetto chiave è la defini-
zione del concetto di stato elettronicamente eccitato, in opposi-
zione allo stato fondamentale. Sarà privilegiato l'aspetto divul-
gativo (anche per una diffusione al di fuori dell'ambito stretta-
mente chimico), così i concetti saranno presentati nel modo
più semplice e schematico possibile, limitandosi ad un livello
sufficiente di approssimazione. Per eventuali approfondimenti,
si invitano i lettori a consultare i riferimenti bibliografici.
Cenni sulla natura della luce e sulla natura della materia
Alcuni dei passi fondamentali per la comprensione della natura
della luce possono essere riassunti nei seguenti contributi [2, 3]:
- Maxwell (1860): introduzione del concetto di luce come ra-
diazione elettromagnetica;
- Planck (1900): quantizzazione dell'energia;
- Einstein (1905): effetto fotoelettrico (natura corpuscolare del-
la radiazione);
- Lewis (1926): introduzione del termine fotone per il quanto di
energia luminosa descritto da Einstein;
- Compton e De Broglie (1923-27): dualismo onda-particella.
Sulla base dei contributi sopra citati, la luce visibile può essere
definita come la porzione della radiazione elettromagnetica
avente lunghezza d'onda compresa tra 400 nm e 800 nm (ov-
Chimica e... Materiali
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RICH
MAC
Magazine - Settembre 2003
Sono brevemente introdotti alcuni concetti
sull'interazione luce-materia, a partire da concetti di
base (e cenni storici) sulla natura della luce e sulla
natura della materia, e alcuni aspetti fondamentali delle
proprietà degli stati eccitati. In particolare, è introdotta la
definizione di stato elettronicamente eccitato e la sua
preparazione e sono discussi i processi di disattivazione
degli stati eccitati, sia intramolecolari sia bimolecolari,
inclusi processi di trasferimento elettronico e di energia.
F. Puntoriero, S. Campagna, S. Serroni, Dipartimento di Chimica Inorga-
nica, Chimica Analitica e Chimica Fisica - Università di Messina. photo-
chem@chem.unime.it.
Fotochimica, una nuova
dimensione della chimica
Dalle prime osservazioni al concetto
di stato elettronicamente eccitato
di Fausto Puntoriero, Sebastiano Campagna, Scolastica Serroni
Figura 1 - Onda elettromagnetica e grandezze collegate