04.10.2022 - Ben-Gurion University of the Negev

Après 17 ans de recherche, un scientifique résout l'un des problèmes sacrés de la chimie physique.

Le mécanisme de Grotthuss s'avère impliquer intimement non pas une, deux ou quatre molécules, comme cela a été suggéré pendant plus de 100 ans de recherche moderne, mais un arrangement unique de trois molécules d'eau.

Le professeur Ehud Pines est un iconoclaste. Comment qualifier autrement un scientifique qui a passé 17 ans à chercher avec acharnement la solution d'un problème de chimie vieux de plus de 200 ans qui, selon lui, n'a jamais reçu de réponse satisfaisante, en utilisant des méthodes dont aucun autre scientifique ne pensait qu'elles pouvaient conduire à la vérité ? Aujourd'hui, il a obtenu gain de cause puisque la prestigieuse revue Angewandte Chemie a publié un article de couverture détaillant comment son expérience a été reproduite par un autre groupe de recherche tout en étant radiographiée pour révéler la solution que le professeur Pines a toujours défendue.

La question qui se pose est la suivante : comment un proton se déplace-t-il dans l'eau ? En 1806, Theodor Grotthuss a proposé sa théorie, connue sous le nom de mécanisme de Grotthuss. Au fil des ans, de nombreuses autres personnes ont tenté de mettre à jour cette solution, en se rendant compte que, à proprement parler, Grotthuss était incorrect, mais elle est restée la réponse standard des manuels scolaires. Jusqu'à aujourd'hui.

Le professeur Ehud Pines a suggéré, sur la base de ses études expérimentales à l'université Ben-Gurion du Néguev, avec son étudiante en doctorat Eve Kozari, et des études théoriques du professeur Benjamin Fingerhut sur la structure des amas d'eau protonée du professeur Pines, que le proton se déplace dans l'eau en trains de trois molécules d'eau. Les trains de protons "construisent les rails" en dessous d'eux pour leur mouvement, puis démontent les rails et les reconstruisent devant eux pour continuer à avancer. C'est une boucle de disparition et de réapparition des rails qui se poursuit sans fin. Des idées similaires ont été avancées par un certain nombre de scientifiques dans le passé, cependant, selon le professeur Pines, elles n'ont pas été attribuées à la structure moléculaire correcte du proton hydraté qui, par ses propriétés structurelles trimériques uniques, conduit à promouvoir le mécanisme de Grotthuss.

"Les débats sur le mécanisme de Grotthuss et la nature de la solvatation des protons dans l'eau se sont intensifiés", déclare le professeur Pines, "car il s'agit de l'un des défis les plus fondamentaux de la chimie. Comprendre ce mécanisme est de la science pure, qui repousse les limites de nos connaissances et modifie l'une de nos compréhensions fondamentales de l'un des mécanismes de transport de masse et de charge les plus importants de la nature."

Si, ces dernières années, d'autres études théoriques ont confirmé les conclusions du professeur Pines concernant le proton hydraté hébergé par une chaîne de trois molécules d'eau, la plupart des membres de la communauté scientifique mondiale travaillant dans ce domaine sont restés réticents à accepter le modèle émergent du professeur Pines pour la solvatation et le mouvement des protons dans l'eau. Le professeur Pines a donc fait appel à ses collaborateurs de longue date à l'Institut Max Born en Allemagne. Ils ont réuni une équipe de recherche internationale organisée par le Dr Erik Nibbering et ont reproduit l'expérience, cette fois en radiographiant le système chimique. L'expérience aux rayons X, qui a nécessité un équipement spécialement conçu et financé à hauteur de plusieurs millions de dollars par le Conseil européen de la recherche, a confirmé les conclusions du professeur Pines. L'expérience d'absorption des rayons X (XAS) a mesuré l'effet de la charge des protons sur la structure des électrons internes des atomes d'oxygène des eaux. Comme l'avait prédit le professeur Pines, il s'est avéré que trois molécules d'eau sont les plus affectées par la présence du proton, chacune à un degré différent, et forment avec le proton des chaînes ou "trains" de 3 molécules d'eau protonées.

"Tout le monde a réfléchi à ce problème pendant plus de 200 ans, c'était donc un défi suffisant pour que je décide de le relever. Dix-sept ans plus tard, je suis heureux d'avoir très probablement trouvé et démontré la solution", déclare le professeur Pines.

La prochaine édition des livres de chimie des universités remplacera peut-être la description du mécanisme de Grotthuss par le "mécanisme de Pines", une idée qui chatouille le professeur Pines, mais qui n'est qu'une curiosité comparée à la révélation que représente la compréhension du mécanisme de base de l'un des processus les plus courants et les plus fondamentaux de la nature.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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