Dissociation ultrarapide de molécules étudiée à BESSY II
Ces découvertes pourraient permettre d'approfondir notre compréhension des réactions chimiques au niveau moléculaire
Pour la première fois, une équipe internationale a suivi à BESSY II la manière dont les molécules lourdes - en l'occurrence le bromochlorométhane - se désintègrent en fragments plus petits lorsqu'elles absorbent la lumière des rayons X. À l'aide d'une méthode analytique nouvellement mise au point, ils ont pu visualiser la dynamique ultrarapide de ce processus. Dans ce processus, les photons de rayons X déclenchent un "effet de catapulte moléculaire" : les groupes d'atomes légers sont éjectés en premier, comme des projectiles tirés d'une catapulte, tandis que les atomes plus lourds - Brome et chlore - se séparent plus lentement.
Les photons de rayons X déclenchent un "effet de catapulte moléculaire" : les groupes d'atomes légers sont éjectés en premier, comme des projectiles lancés d'une catapulte, tandis que les atomes plus lourds - le brome et le chlore - se séparent beaucoup plus lentement. L'image a été imprimée sur la couverture du "Journal of Physical Chemistry Letters".
© The Journal of Physical Chemistry Letters
Lorsque les rayons X atteignent les molécules, ils peuvent faire sortir les électrons de certaines orbitales et les placer dans des états de très haute énergie, rompant ainsi les liaisons chimiques. Ce phénomène se produit souvent très rapidement, en quelques femtosecondes (10-15 s). Si ce phénomène a été étudié dans des molécules légères telles que l'ammoniac, l'oxygène, l'acide chlorhydrique ou des composés carbonés simples, il n'a pratiquement pas été étudié dans des molécules contenant des atomes plus lourds.
Une équipe française et allemande vient d'étudier la désintégration rapide de molécules contenant des halogènes. Elle s'est concentrée sur une molécule dans laquelle les atomes de brome et de chlore sont reliés par un pont léger - un groupe alkylène (CH2). Les mesures ont été effectuées à la ligne de faisceau XUV de BESSY II.
L'absorption des rayons X a provoqué la rupture des liaisons moléculaires, créant des fragments ioniques qui ont pu être analysés. Les scientifiques ont pu produire une visualisation à partir des données de mesure. Elle montre comment les atomes se déplacent dans les états intermédiaires fugaces juste avant la rupture des liaisons. Pour ce faire, l'équipe a mis au point une nouvelle méthode d'analyse appelée IPA (Ion Pair Average) et l'a combinée avec des calculs théoriques ab initio pour reconstruire les processus.
Les résultats montrent que les groupes d'atomes légers tels queCH2 sont éjectés en premier, tandis que les atomes plus lourds - brome et chlore - sont laissés en arrière et se séparent donc plus lentement. Il est intéressant de noter que ce comportement de type catapulte ne se produit qu'à certaines énergies de rayons X. Les simulations théoriques, en accord avec les observations expérimentales, soulignent le rôle crucial des vibrations des groupes d'atomes plus légers dans le déclenchement de ces réactions ultrarapides.
"Cette étude met en évidence la dynamique unique de la dissociation moléculaire sous irradiation aux rayons X", explique le Dr Oksana Travnikova (CNRS, Université Sorbonne, France), premier auteur de l'étude publiée dans J. Phys. Chem. Lett. Elle montre notamment que le mouvement de catapulte des groupes légers déclenche la séparation des fragments lourds, un processus qui se déroule en un temps remarquablement court. Ces résultats pourraient nous aider à mieux comprendre les réactions chimiques au niveau moléculaire et la manière dont les rayonnements de haute énergie affectent les molécules complexes.
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.
Publication originale
Oksana Travnikova, Victor Kimberg, Barbara Cunha de Miranda, Florian Trinter, Markus S. Schöffler, Stéphane Carniato, Tatiana Marchenko, Renaud Guillemin, Iyas Ismail, Gregor Kastirke, Maria Novella Piancastelli, Till Jahnke, Reinhard Dörner, Marc Simon; "X-ray-Induced Molecular Catapult: Ultrafast Dynamics Driven by Lightweight Linkages"; The Journal of Physical Chemistry Letters, Volume 15, 2024-11-21
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