Sur les traces de la dissolution : seules 30 molécules d'eau séparent le sel
Ce processus a été rendu visible pour la première fois avec une précision atomique grâce à la spectroscopie électronique à ultra-haute résolution
Annonces
De quelle quantité d'eau une molécule de sel a-t-elle réellement besoin pour se dissoudre ? Une équipe de recherche internationale, à laquelle participe l'université de Kassel, a pour la première fois réussi à visualiser ce processus avec une précision atomique. L'étude montre que ce n'est qu'à partir d'environ 30 molécules d'eau que les particules se séparent de manière définitive. Ces résultats fournissent des connaissances fondamentales importantes pour la chimie, la biologie et la recherche sur l'atmosphère.
Que ce soit dans les océans, les sols ou les cellules vivantes, le sel (chlorure de sodium, NaCl) se dissout partout autour de nous. Pourtant, jusqu’à présent, les physiciens ne disposaient pas d’une image précise de ce qui se passe étape par étape lorsque les molécules entrent en contact. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Marcel Mudrich, de l’Institut de physique de l’université de Kassel, a désormais suivi pour la première fois ce processus molécule par molécule.
Pour leurs analyses, les chercheurs ont utilisé une méthode particulière : ils ont immergé les particules dans de minuscules nanogouttelettes d’hélium proches du zéro absolu et ont étudié le phénomène à l’aide de la spectroscopie électronique à ultra-haute résolution. Des simulations informatiques complémentaires ont permis de visualiser les microstructures qui se forment. Les chercheurs ont ainsi pu mettre en évidence la manière dont les molécules d’eau individuelles affaiblissent la liaison entre le sodium et le chlore, jusqu’à ce qu’une enveloppe d’hydrate complète se forme autour des deux ions.
Les molécules d’eau enveloppent les ions à des vitesses différentes
Les mesures révèlent des différences marquées entre les deux partenaires : alors qu’un ion chlorure est déjà entièrement entouré d’environ 17 molécules d’eau, un ion sodium nécessite jusqu’à 34 molécules. Ce n’est qu’à partir d’un seuil d’environ 30 molécules d’eau que les ions se retrouvent séparés de manière permanente. « L’eau enveloppe les ions petit à petit, comme un voile qui dissout progressivement le sel », explique Mudrich. « Grâce à une nouvelle méthode de mesure, nous avons pu démontrer pour la première fois à quel moment les ions se séparent complètement et sont enveloppés d’eau. »
Les connaissances fondamentales améliorent les modèles en sciences naturelles et en chimie
Comme il s’agit de recherche fondamentale pure, ce n’est pas l’utilité immédiate au quotidien qui prime, mais la compréhension fondamentale d’un processus naturel central. De nombreuses réactions chimiques et biologiques se déroulent en milieu aqueux. Dans un liquide ordinaire, les différentes étapes intermédiaires sont toutefois difficilement isolables.
« Notre méthode permet, en quelque sorte, d’ajouter de manière ciblée des molécules d’eau individuelles et d’observer en temps réel comment la structure électronique évolue », explique Mudrich. « À long terme, ces connaissances aideront à mieux comprendre, au niveau moléculaire, les processus chimiques et biologiques, par exemple en chimie atmosphérique ou marine, et à les reproduire de manière plus réaliste dans des modèles informatiques. »
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 Allemand peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
