Une étape clé dans l’ionisation de l’eau liquide découverte

Une étape clé dans l’ionisation de l’eau liquide découverte
Une étape clé dans l’ionisation de l’eau liquide découverte

À l’aide d’une caméra électronique à grande vitesse appelée MeV-UED, des scientifiques du laboratoire national de l’accélérateur SLAC du ministère de l’Énergie ont dévoilé les étapes vitales de l’ionisation de l’eau liquide.

L’interaction du rayonnement de haute énergie avec les molécules d’eau déclenche une série de réactions ultrarapides. Au début, il expulse un électron et conserve une molécule d’eau chargée positivement. Ce processus se produit si rapidement – en une fraction de billionième de seconde où la molécule d’eau cède un proton à une autre molécule d’eau.

Cela crée un radical hydroxyle (OH) – qui peut endommager pratiquement n’importe quelle macromolécule dans un organisme, y compris l’ADN, l’ARN et les protéines – et un ion hydronium (H3O+), qui sont abondants dans le milieu interstellaire et les queues des comètes, et peuvent contenir des indices sur l’origine de la vie.

Dans une étude précédente utilisant le laser à rayons X Linac Coherent Light Source (LCLS) du SLAC, les scientifiques ont été témoins de la réaction de transfert de protons ultrarapide après l’ionisation de l’eau liquide. Mais jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas encore observé directement la paire hydroxyle-hydronium.

Le scientifique et responsable de l’étude du SLAC, Ming-Fu Lin, a déclaré : « Toutes les chirurgies au laser et les radiothérapies produisent ce complexe instable, qui peut conduire à de nombreuses réactions chimiques dans le corps humain. Fait intéressant, ce complexe aide également à purifier notre eau potable en tuant les germes. Il est également important dans la production d’énergie nucléaire où d’autres formes de rayonnement ionisent l’eau. De nombreuses simulations prédisent l’existence de ce complexe, mais maintenant nous avons enfin observé sa formation.

Pour voir la paire hydroxyle-hydronium de courte durée, les scientifiques ont créé des jets d’eau liquide de 100 nanomètres d’épaisseur. Ils ont ionisé les molécules d’eau avec une lumière laser intense.

Ensuite, ils ont sondé les molécules avec de courtes impulsions d’électrons à haute énergie de MeV-UED pour générer des instantanés haute résolution du processus d’ionisation. Cela leur a permis de mesurer simultanément les liaisons entre les atomes d’oxygène et les liaisons entre les atomes d’oxygène et d’hydrogène, capturant ainsi ce complexe important mais instable.

Les scientifiques prévoient en outre d’augmenter la vitesse d’imagerie afin que le processus de transfert de protons puisse être mesuré directement avant de former les paires hydroxyle-hydronium.

Matthias Ihme, professeur agrégé au département de génie mécanique de l’université de Stanford qui a dirigé l’analyse théorique, a déclaré : « Les simulations ont intensivement étudié les deux sujets, mais aucune mesure structurelle directe n’a été prise pour valider les théories. Ces mesures sont également essentielles pour tester nos modèles théoriques qui prédisent ces processus. »

Xijie Wang, un scientifique distingué du SLAC et collaborateur à l’étude, a déclaré : « De nombreux états et structures intermédiaires dans les réactions chimiques sont soit inconnus, soit n’ont pas encore été observés directement. Nous pouvons utiliser MeV-UED pour explorer et capturer divers complexes à courte durée de vie et importants, ouvrant une fenêtre pour étudier les réactions chimiques au fur et à mesure qu’elles se produisent.

L’étude a une importance fondamentale pour divers domaines, y compris le génie nucléaire, les voyages dans l’espace, le traitement du cancer et l’assainissement de l’environnement.

Référence de la revue :
  1. M.-F. Lin et al., Imagerie de la paire hydroxyle-hydronium à courte durée de vie dans l’eau liquide ionisée, Science (2021). DOI : 10.1126/science.abg3091
 
For Latest Updates Follow us on Google News
 

PREV Des paléontologues brésiliens ont découvert de nouvelles espèces de dinosaures carnivores – News On 6/KOTV
NEXT Innovation sur Terre et dans l’espace
----