Eccimero: molecola dimerica

Un eccimero dall’inglese excimer abbreviazione di excited dimer è una molecola dimerica costituita due specie in cui una si trova allo stato eccitato. Gli eccimeri sono classificati in due tipi diversi: uno è eccimeri dinamici, l’altro eccimeri statici.

Il primo è prodotto dalla collisione tra le molecole dello stato eccitato e dello stato fondamentale, il secondo è ottenuto dalla fotoeccitazione di un dimero dello stato fondamentale generato da interazioni molecolari deboli come l’impilamento π–π o il legame H. Gli eccimeri possono anche essere suddivisi in due categorie: eccimeri intermolecolari ed eccimeri intramolecolari.

La formazione di eccimeri e la loro fluorescenza può essere modulata dalla concentrazione dei monomeri corrispondenti e da stimoli esterni come pH, temperatura ambiente, polarità del solvente e specie chimiche. La loro eccezionale sensibilità  potrebbe essere utilizzata per monitorare la conformazione fine all’interno delle molecole, il che è particolarmente utile nella bioanalisi degli acidi nucleici e delle proteine.

Le sonde fluorescenti basate su eccimeri producono emissioni di fluorescenza specifiche a lunghezze d’onda molto più lunghe rispetto alle corrispondenti emissioni di monomeri. Di conseguenza, si ottengono ampi spostamenti di Stokes, dal nome del matematico e fisico irlandese George Gabriel Stokes, che possono efficacemente evitare l’autoassorbimento della fluorescenza. 

D’altra parte, le sonde fluorescenti basate su eccimeri mostrano durate fluorescenti più lunghe rispetto a quelle dei monomeri, a vantaggio delle misurazioni soprattutto quando l’autofluorescenza delle specie biologiche è elevata.

Formazione dell’eccimero

Un  eccimero si forma quando una specie allo stato eccitato interagisce con un’altra identica molecola allo stato fondamentale.

La formazione di un eccimero, la cui vita è dell’ordine di nanosecondi, può essere rappresentata dalla seguente equazione:
A + *A → [A-A]*
dove gli asterischi si riferiscono alle specie nei loro stati eccitati.

Come risultato di questa interazione, si forma un vero e proprio legame tra i due atomi di monomero.

La formazione non è limitata alla formazione di complessi biatomici omonucleari.

Se l’interazione avviene tra una molecola eccitata di un tipo e una molecola dello stato fondamentale di un tipo diverso, il risultante complesso dello stato eccitato è chiamato ecciplesso dall’inglese ecciplex abbreviazione di excited complex.

L’equazione generale per la formazione di un ecciplesso è:
n A + m *B → [An-Bm]*

Dall’equazione si desume che un eccimero è un tipo speciale di ecciplesso dove A=B e n = m =1.

Sarebbe quindi più appropriato usare il termine ecciplesso includendo entrambi i casi ovvero quando vi sono specie sia omoatomiche ed eteroatomiche.

Legame nell’eccimero

È importante riconoscere che la formazione dell’ecciplesso è un fenomeno fisico e non chimico.

Infatti il legame tra le molecole dura solo finché dura lo stato eccitato della molecola e successivamente il legame si rompe al ritorno allo stato fondamentale

Laser ad eccimeri

Un laser ad eccimeri è un potente tipo di laser che funziona quasi sempre nella regione spettrale dell’ultravioletto generando impulsi di nanosecondi. Inizialmente realizzati nel 1971 con [Xe-Xe]+ ora funzionano con un eccimero gas nobilealogeno. Eccitati da una scarica elettrica o da un fascio di elettronigli atomi dei gas nobili formano eccimeri o ecciplessi con atomi di alogeno.

Cedono il loro eccesso di energia emettendo un fotone e tornando nel loro stato fondamentale, dove nell’arco di pochi picosecondi si dissociano nuovamente in atomi isolati.
Diversi tipi di laser ad eccimeri emettono tipicamente a lunghezze d’onda comprese tra 157 e 351 nm

Tabella

Eccimero Lunghezza d’onda (nm)
F2 157
ArF 193
KrF 248
XeBr 282
XeCl 308
XeF 351

Usi

Le lunghezze d’onda nella regione spettrale dell’ultravioletto rendono possibile una serie di applicazioni come:

  • marcatura laser e microstrutturazione di vetri e materie plastiche
  • fabbricazione di fibre ottiche a reticolo di Bragg
  • trattamento della psoriasi con laser XeCl
  • correzione della vista mediante rimodellamento corneale con laser ArF
  • generazione con metodi fotolitografici come nella produzione di chip semiconduttori

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