Découverte d'une nouvelle règle pour la formation des orbitales dans les réactions chimiques
Grinçantes, nuageuses ou sphériques, les orbitales électroniques montrent où et comment les électrons se déplacent autour des noyaux atomiques et des molécules. En chimie et en physique modernes, elles se sont révélées être un modèle utile pour la description et la prédiction des réactions chimiques par la mécanique quantique. Ce n'est que si les orbitales correspondent dans l'espace et l'énergie qu'elles peuvent être combinées - c'est ce qui se produit lorsque deux substances réagissent l'une avec l'autre chimiquement. En outre, une autre condition doit être remplie, comme viennent de le découvrir des chercheurs du Forschungszentrum Jülich et de l'université de Graz : Le déroulement des réactions chimiques semble également dépendre de la distribution des orbitales dans l'espace des moments. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.
La distribution expérimentale du momentum des photoélectrons provenant du cuivre pur et des molécules de para-quinquephényle adsorbées sur le cuivre (à gauche) et la distribution théorique du momentum des molécules libres et des molécules adsorbées sur le cuivre (à droite).
Forschungszentrum Jülich / X.Yang, S. Soubatch; Graz University / P. Puschnig
Les réactions chimiques ne sont finalement rien d'autre que la formation et la rupture de liaisons électroniques, qui peuvent également être décrites comme des orbitales. La théorie dite des orbitales moléculaires permet donc de prédire le déroulement des réactions chimiques. Les chimistes Kenichi Fukui et Roald Hoffmann ont reçu le prix Nobel en 1981 pour avoir considérablement simplifié la méthode, ce qui a conduit à son utilisation et à son application généralisées.
"Habituellement, on analyse l'énergie et la localisation des électrons. Toutefois, en utilisant la méthode de tomographie par photoémission, nous avons examiné la distribution du momentum des orbitales", explique le Dr Serguei Soubatch. Avec ses collègues de l'Institut Peter Grünberg (PGI-3) à Jülich et de l'Université de Graz en Autriche, il a adsorbé différents types de molécules sur des surfaces métalliques dans une série d'expériences et a cartographié le momentum mesuré dans l'espace dit du momentum.
"La photoémission de nombreuses molécules différentes sur des métaux que nous mesurons peut également être prédite théoriquement. Comme modèle, on utilise simplement la molécule libre qui n'interagit pas avec le métal. Mais lorsque nous avons mesuré des oligophényles sur du cuivre, nous avons soudainement réalisé que le résultat expérimental différait considérablement des prédictions théoriques. Certaines parties de l'espace momentané restaient inoccupées", a déclaré M. Soubatch. Ces régions correspondent aux bandes interdites connues des états électroniques qui se trouvent généralement dans les métaux nobles. Et l'un des matériaux concernés, le cuivre, est également un métal noble.
Pour cette étude, les chercheurs ont mené des expériences au synchrotron Elettra à Trieste, en Italie. Là, un consortium international dirigé par le Forschungszentrum Jülich exploite le spectroscope NanoESCA sur une ligne de faisceaux, qui contient un microscope électronique à photoémission pour les mesures tomographiques orbitales. Les travaux ont été réalisés en collaboration avec le Prof. G. Ramsey et le théoricien Prof. Peter Puschnig de l'Université de Graz. Avec ses simulations de mécanique quantique pour l'ensemble du système en interaction - molécules et surface métallique - Peter Puschnig a fourni la clé pour expliquer le critère de sélection nouvellement découvert.
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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