Un regard microscopique sur la chimie atmosphérique
Une nouvelle découverte contredit les modèles des manuels scolaires
De nombreuses réactions importantes liées aux processus climatiques et environnementaux ont lieu là où les molécules d'eau interfèrent avec l'air. Par exemple, l'évaporation de l'eau des océans joue un rôle important dans la chimie atmosphérique et la science du climat. Il est essentiel de comprendre ces réactions pour pouvoir atténuer les effets de l'activité humaine sur notre planète. Une équipe de chercheurs a découvert que les molécules d'eau à la surface de l'eau salée sont organisées différemment de ce que l'on pensait jusqu'à présent.
La distribution des ions à l'interface de l'air et de l'eau est importante pour de nombreux processus atmosphériques. Toutefois, la compréhension précise des processus microscopiques a jusqu'à présent fait l'objet d'intenses débats. Dans une publication parue dans la revue Nature Chemistry, des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères en Allemagne montrent que les ions et les molécules d'eau à la surface de la plupart des solutions d'eau salée, connues sous le nom de solutions électrolytiques, sont organisés d'une manière totalement différente de ce que l'on pensait jusqu'à présent. Cette découverte pourrait permettre d'améliorer les modèles de chimie atmosphérique et d'autres applications.
Les chercheurs ont entrepris d'étudier comment les molécules d'eau sont affectées par la distribution des ions au point exact où l'air et l'eau se rencontrent. Traditionnellement, cette étude a été réalisée à l'aide d'une technique appelée génération de fréquence de somme vibratoire (VSFG). Cette technique, qui utilise un rayonnement laser, permet de mesurer les vibrations moléculaires directement à ces interfaces clés. Cependant, bien que ces mesures permettent de mesurer l'intensité des signaux, elles ne permettent pas de déterminer si les signaux sont positifs ou négatifs, ce qui a rendu difficile l'interprétation des résultats dans le passé, car le signe du signal indique si l'eau est orientée vers le haut ou vers le bas à la surface. En outre, l'utilisation des seules données expérimentales peut donner des résultats ambigus.
L'équipe a surmonté ces difficultés en utilisant une forme plus sophistiquée de VSFG, appelée VSFG à détection hétérodyne (HD), pour étudier différentes solutions électrolytiques. Ils ont ensuite développé des modèles informatiques avancés pour simuler les interfaces dans différents scénarios.
Les résultats combinés ont montré que les ions chargés positivement, appelés cations, et les ions chargés négativement, appelés anions, sont éliminés de l'interface eau/air. Les cations et les anions des électrolytes simples orientent les molécules d'eau à la fois vers le haut et vers le bas. Il s'agit d'un renversement par rapport aux modèles des manuels scolaires, qui enseignent que les ions forment une double couche électrique et orientent les molécules d'eau dans une seule direction.
Yair Litman, coauteur de l'étude et titulaire d'une bourse DFG en tant que chimiste théoricien au département de chimie Yusuf Hamied de l'université de Cambridge, a déclaré : "Nos travaux démontrent que la surface des molécules d'eau peut être orientée vers le haut ou vers le bas, ce qui n'est pas le cas des molécules d'eau : "Nos travaux démontrent que la surface des solutions électrolytiques simples présente une distribution d'ions différente de ce que l'on pensait auparavant et que la subsurface enrichie en ions détermine la manière dont l'interface est organisée : en passant de l'air à la solution saline en vrac, on rencontre d'abord quelques couches d'eau pure, puis une couche enrichie en ions, avant d'atteindre la solution en vrac."
Le Dr Kuo-Yang Chiang de l'Institut Max Planck, coauteur de l'article, a déclaré : "Cet article montre que l'on peut combiner de hautes concentrations d'ions pour obtenir une solution saline : "Cet article montre que la combinaison de HD-VSFG de haut niveau et de simulations est un outil inestimable qui contribuera à la compréhension des interfaces liquides au niveau moléculaire.
Le professeur Mischa Bonn, qui dirige le département de spectroscopie moléculaire de l'Institut Max Planck, ajoute : "Ces types d'interfaces se rencontrent partout sur la planète, et leur étude ne contribue donc pas seulement à notre compréhension fondamentale, mais peut aussi déboucher sur des dispositifs et des technologies plus performants. Nous appliquons ces mêmes méthodes à l'étude des interfaces solide/liquide, qui pourraient avoir des applications potentielles dans les batteries et le stockage de l'énergie".
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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