La separación de carga fotoinducida es el proceso de un electrón en un átomo o molécula, que se excita a un nivel de energía más alto por la absorción de un fotón y luego deja el átomo o molécula a un aceptor de electrones cercano .
Modelo de Rutherford
Un átomo consiste en un núcleo cargado positivamente orbitado por electrones. El núcleo consta de neutrones sin carga y protones con carga positiva. Los electrones tienen carga negativa. A principios del siglo XX, Ernest Rutherford sugirió que los electrones orbitaban el núcleo central denso de una manera análoga a los planetas que orbitan alrededor del sol. La fuerza centrípeta requerida para mantener los electrones en órbita fue proporcionada por la fuerza de Coulomb de los protones en el núcleo que actúan sobre los electrones; al igual que la fuerza gravitacional del sol que actúa sobre un planeta, proporciona la fuerza centrípeta necesaria para mantener el planeta en órbita.
Este modelo, aunque atractivo, no es válido en el mundo real. La radiación de sincrotrón haría que el electrón en órbita perdiera energía orbital y se moviera en espiral hacia adentro, ya que la cantidad vectorial de aceleración de la partícula multiplicada por su masa (el valor de la fuerza requerida para mantener el electrón en movimiento circular) sería menor que la fuerza eléctrica que protón aplicado al electrón.
Una vez que el electrón entrara en espiral en el núcleo, el electrón se combinaría con un protón para formar un neutrón, y el átomo dejaría de existir. Este modelo está claramente equivocado.
Modelo de Bohr
En 1913 Niels Bohr refinó el modelo de Rutherford al afirmar que los electrones existían en estados discretos cuantificados llamados niveles de energía . Esto significaba que los electrones solo podían ocupar órbitas a determinadas energías. Las leyes de la física cuántica se aplican aquí y no cumplen con las leyes de la mecánica newtoniana clásica .
Un electrón que está completamente libre del átomo tiene una energía de 0 julios (o 0 electronvoltios). Un electrón que se describe como "estado fundamental" tiene una energía que es igual a la energía de ionización del átomo. El electrón residirá en este nivel de energía en circunstancias normales.
Si un fotón de luz golpea el átomo, será absorbido si, y solo si, la energía de ese fotón es igual a la diferencia entre el estado fundamental y otro nivel de energía en ese átomo. Esto eleva el electrón a un nivel de energía más alto.