Elementary electron transfer processes in aqueous ionic solution

Laboratoire d'optique appliquée, CNRS URA 1406, Inserm U451, École polytechnique, ENS Techniques avancées, 91125 Palaiseau cedex, France.

Abstract

Primary steps of an electron transfer process in an aqueous sodium chloride solution are investigated by femtosecond absorption spectroscopy of the ionic solute. The influence of the molecular ratio (R = [H₂O]/[NaCl]) on transient electronic configurations of Cl^- and on the dynamics of multiple electron detachment channels is analyzed within the energy domain 3.44-0.99 eV (360 - 1250 nm). The results provide direct evidence for an electric field effect of the sodium ion on one specific electron transfer process. This channel involves transient electron-chlorine atom pairs ({(Cl:e^-)_pair:(Na⁺)_hyd}) and leads to a relaxed polaron-like state ({e^-:Na⁺}_hyd).

Résumé

Les premières étapes d’un transfert d’électron dans une solution de chlorure de sodium sont étudiées par spectroscopie d’absorption femtoseconde du soluté ionique. L’influence du rapport moléculaire (R = [H₂O]/[NaCl]) sur les configurations électroniques de Cl^- et sur la dynamique de différents canaux de détachement d’électron est analysée dans la gamme spectrale 3.44-0.99 eV (360 - 1250 nm). Les résultats mettent en évidence l’effet de champ électrique de l’ion sodium sur un processus spécifique de transfert d’électron. Ce canal met en jeu des paires électron-atome de chlore à très courte durée de vie ({(Cl:e^-)_pair:(Na⁺)_hyd}) et aboutit à un état relaxé de type polaron ({e^-:Na⁺)_hyd}).