Pour la première fois, des physiciens ont observé une propriété quantique qui rend l'eau si unique

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Carlos Laforet Coll
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Les chercheurs ont "vu" comment les molécules d'eau se rapprochaient les unes des autres, "encadrant" la liaison hydrogène

Il est sur le point de finir écrasé, sa mère le sauve

L'eau, le liquide le plus commun, celui qui nous fait vivre, est aussi le plus "étrange" de l'Univers. Un groupe de recherche du SLAC National Accelerator Laboratory, de l'Université de Stanford (États-Unis) et de l'Université de Stockholm (Suède) a "vu" pour la première fois comment les molécules d'eau se rapprochent les unes des autres, réussissant à encadrer le mécanisme fascinant de liaisons hydrogène.





L'eau est une molécule formée de deux atomes d'hydrogène et un d'oxygène (H2O) et en raison de sa structure particulière, elle forme des liaisons molécule-molécule très fortes, beaucoup plus fortes que d'autres liaisons entre molécules de différents types, appelées « liaisons hydrogène ». Ces atomes "pont" en fait la création d'un réseau dense de molécules lorsque l'eau est à l'état liquide. Ce mécanisme, au niveau microscopique, est dû à la densité électronique différente de l'oxygène et de l'hydrogène.

En fait, l'oxygène est le deuxième élément le plus électronégatif du système périodique, c'est-à-dire qu'il a une très grande capacité à attirer les électrons vers lui. Au contraire, l'hydrogène a une "force attractive" beaucoup plus faible et donc une sorte de "déséquilibre" se forme dans la molécule d'eau de sorte qu'un seul H2O, même s'il est neutre, est un aimant avec un pôle positif (les atomes d'hydrogène) et un négatif (l'atome d'oxygène). En fait, techniquement, on dit que l'eau est l'un des molécule polaire. Le réseau est donc formé par les attractions partie positive-partie négative.

Et - cela semble incroyable à dire - mais c'est cette structure qui l'a générés et assurent la vie sur Terre. En fait, lorsque l'eau devient solide, donc de la glace se forme, les molécules sont beaucoup moins libres de se déplacer, mais pour garder la liaison hydrogène un peu "vivante", elles s'éloignent, ce qui fait augmenter le volume du système.

C'est pourquoi la glace flotte sur l'eau, ayant une densité plus faible, et c'est pourquoi la vie aquatique a pu se développer et évoluer. Mais le plus incroyable encore, c'est que ce comportement est vraiment unique en son genre, car normalement les solides sont plus "concentrés" et donc plus denses (attention cependant à mettre les bouteilles d'eau au congélateur, car ce comportement extraordinaire de l'eau provoque même exploser le verre si l'eau à l'intérieur gèle).



Aujourd'hui, les chercheurs ont "vu" tout cela, qui est en fait un phénomène quantique. En particulier, ils ont fait la première observation directe de la façon dont les atomes d'hydrogène dans les molécules d'eau tirent et poussent les atomes voisins lorsqu'ils sont excités par la lumière laser.

© Université de Stanford

Ces découvertes révèlent des effets qui pourraient sous-tendre des aspects clés de l'origine microscopique de l'eau et pourraient conduire à une meilleure compréhension de la manière dont elle aide les protéines à remplir leurs fonctions dans les organismes vivants.

Bien qu'il ait déjà été supposé que ce soi-disant effet quantique nucléaire est au centre de nombreuses propriétés étranges de l'eau, cette expérience marque la première fois que cela a été observé directement - commente Anders Nilsson, co-auteur de l'ouvrage - Nous nous demandons maintenant si cet effet quantique pourrait être lelien manquant dans des modèles théoriques qui décrivent les propriétés anormales de l'eau.

Expérimentalement, l'équipe a créé des jets d'eau liquide de 100 nanomètres d'épaisseur (environ 1.000 XNUMX fois plus fins que la largeur d'un cheveu humain) et a fait vibrer les molécules d'eau avec une lumière laser infrarouge. Ensuite, il a fait exploser les molécules avec de courtes impulsions d'électrons à haute énergie.

Cela a généré des instantanés haute résolution de la structure atomique changeante des molécules qui, assemblées, ont créé un film qui raconte comment le réseau a réagi à la lumière. Le film de la vie.

Le travail a été publié dans Nature.

Sources de référence : Université de Stanford / Nature



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