Des chercheurs se penchent sur les complexes de bismuth

Des chimistes publient des résultats surprenants dans "Science"

23.05.2023 - Allemagne

Pour pouvoir exploiter de manière ciblée les avantages des éléments et de leurs composés moléculaires, les chimistes doivent acquérir une compréhension fondamentale de leurs propriétés. Dans le cas du bismuth, une équipe du Max Planck Institut für Kohlenforschung a franchi une étape importante.

Les chimistes du Max Planck Institut für Kohlenforschung ont pour objectif la conception rationnelle de processus chimiques qui conduisent à une chimie plus efficace et plus durable pour le monde universitaire et l'industrie. Une compréhension fondamentale des propriétés d'éléments tels que le bismuth et de leurs composés moléculaires est nécessaire pour pouvoir tirer parti de leur potentiel en matière de catalyse. Une équipe dirigée par Josep Cornellà et Frank Neese, chef de groupe et directeur du Max Planck Institut für Kohlenforschung, vient de découvrir qu'il existe encore quelques "taches blanches" dans le paysage chimique qui doivent être exploitées. Les chercheurs viennent de publier leurs travaux sur une propriété intrigante des nouveaux complexes de bismuth sous le titre Synthesis and isolation of a triplet bismuthinidene with a quenched magnetic response (Synthèse et isolement d'un bismuthinidène triplet avec une réponse magnétique éteinte) dans la revue "Science".

Un intérêt particulier pour un élément particulier

Pourquoi le bismuth ? L'équipe de Josep Cornellà, chef du groupe de recherche, s'intéresse depuis longtemps à ce métal particulier. "Le bismuth peut présenter certains avantages par rapport à d'autres métaux. Par exemple, il est plus facilement disponible et moins toxique que d'autres éléments. En outre, les propriétés particulières du bismuth que ne possèdent pas les autres candidats "classiques" à la catalyse pourraient jouer un rôle dans la conception de futures réactions", explique M. Cornellà.

Qu'est-ce qui rend la molécule de bismuth de Mülheim si particulière ? Les atomes sont constitués d'un noyau atomique et d'une enveloppe atomique formée d'électrons. Lorsque des molécules sont synthétisées à partir d'atomes ou de fragments, ce sont généralement des paires d'électrons provenant de différents atomes qui s'assemblent pour former des liaisons chimiques. Toutefois, les chimistes s'intéressent souvent à des situations qui s'écartent de ce schéma, ce qui est le cas lorsque les molécules ont des électrons non appariés. Ces systèmes ont tendance à être très réactifs et à interagir facilement avec d'autres molécules.

"Normalement, les molécules dotées d'électrons non appariés sont toujours magnétiques", explique Frank Neese. Mais les chercheurs de la Kohlenforschung ont maintenant mis au point une molécule contenant du bismuth qui possède des électrons non appariés et qui, curieusement, ne présente aucun magnétisme. La solution de cette énigme est liée, entre autres, à la position particulière du bismuth dans le tableau périodique des éléments. Le bismuth est le plus lourd des éléments stables - tous les autres éléments sont radioactifs. En raison du noyau atomique particulièrement lourd, les électrons ont un comportement particulier, qui ne peut être compris qu'à l'aide de la théorie de la relativité d'Einstein.

Programme de chimie quantique de Mülheim

Ces propriétés conduisent à une découverte expérimentale qui laisse perplexe. "Notre molécule n'est pas vraiment "amagnétique", expliquent les chercheurs, mais il n'existe pas sur Terre de champ magnétique suffisamment puissant pour détecter le magnétisme dans notre système. Si les chercheurs ont pu calculer les propriétés fascinantes de cette molécule à partir des premiers principes de la physique, c'est grâce au progiciel de chimie quantique ORCA, développé à Mülheim et largement utilisé dans toutes les disciplines chimiques par des dizaines de milliers de chimistes dans le monde.

Grâce à leurs travaux, les scientifiques de Mülheim ont ajouté un point important au "profil chimique" du bismuth. Ce point pourrait s'avérer important à l'avenir lors de la conception de nouveaux types de catalyseurs.

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