femto-
In metrologia, primo elemento (simbolo f) che anteposto a una unità di misura ne divide il valore per 1015: per es., 1 femtometro =1 fm = 10–15 m.
femtochimica Area della ricerca chimica che studia i fenomeni chimici sulla scala temporale del femtosecondo (10–15 s). Ha avuto origine alla fine degli anni 1980 con lo sviluppo di apparecchiature basate su laser a impulsi ultrabrevi, il cui avvento ha rivoluzionato il settore della dinamica chimica, poiché ha reso possibile studiare istante per istante il decorso delle reazioni su scala molecolare. Poiché gli eventi molecolari attraverso i quali si sviluppa una reazione chimica avvengono in intervalli di tempo superiori al femtosecondo, le tecniche della femtochimica permettono di seguire gli atomi e le molecole mentre si modificano da reagenti a prodotti e di registrare i vari passi della loro trasformazione. Fino all’introduzione di tali tecniche, lo stato di transizione di una reazione chimica rappresentava in qualche modo un’astrazione e poteva essere studiato solamente con metodi teorici. I maggiori contributi allo sviluppo di questa disciplina si devono all’egiziano A. Zewail, premio Nobel per la chimica nel 1999.
Abstract di approfondimento da Femtochimica di Salvatore Califano (Enciclopedia della Scienza e della Tecnica)
Il termine femtochimica, derivato dalla fusione di femtosecondo (10-15 s) e chimica, è stato coniato, negli ultimi venti anni del 20° sec., dal gruppo di ricerca diretto dal premio Nobel Ahmed Zewail al Caltech (California institute of technology) di Pasadena. Con questo termine si designa quella branca della cinetica chimica che studia i processi elementari ultraveloci, che avvengono in tempi brevissimi, dal miliardesimo fin quasi al milionesimo di miliardesimo di secondo.
Il secondo è l’unità di tempo in fisica e le sue frazioni prendono i seguenti nomi: 10-3 s→millisecondo (ms); 10-6 s→microsecondo (ms); 10-9 s→nanosecondo (ns); 10-12 s→picosecondo (ps); 10-15 s →femtosecondo (fs); 10-18 s→attosecondo (as). Il femtosecondo è dunque un sottomultiplo del secondo, pari a un milionesimo di miliardesimo di secondo.
La scala dei tempi in ore, minuti e secondi, con la sua estensione fino ai millisecondi, permette di descrivere i processi dinamici che avvengono nel mondo macroscopico, ma è inadeguata per descrivere i processi microscopici quali le reazioni chimiche. Per esempio, è indispensabile seguire in tempo reale la rottura e la formazione dei legami chimici in una reazione, per individuare i percorsi che i reagenti compiono trasformandosi nei prodotti, cioè per caratterizzare tutti gli stadi intermedi che portano dai reagenti iniziali ai prodotti finali.
Grazie ai laser di nuova generazione e alle moderne tecniche di spettroscopia, attualmente è possibile investigare quei fenomeni microscopici che avvengono su scala del femtosecondo.
Si tratta di un approccio innovativo che sta conferendo alla chimica interessanti prospettive conoscitive, che permettono di approfondire i dettagli dei meccanismi coinvolti nelle reazioni elementari. Fra i processi investigati rientrano le isomerizzazioni di particolari molecole quali l’azabenzene e il processo intramolecolare di dissociazione degli acidi in acqua.
Di particolare interesse sono gli studi intesi alla comprensione dei meccanismi di trasferimento elettronico che intervengono nella fotosintesi, nella quale, come è noto, l’energia solare viene convertita in energia chimica. Tali meccanismi si sviluppano attraverso una successione di processi complessi nei quali gli elettroni eccitati vengono trasferiti in una membrana biologica dall’antenna chimica, che capta le radiazioni al centro stesso di reazione.