Solvation d’un seul ion sodium suivie en temps réel


Pour la première fois, des chercheurs ont surveillé la liaison d’un ion soluté à son solvant environnant. Les expériences pourraient offrir une voie permettant de suivre en temps réel des transformations importantes telles que la formation de complexes cation-molécule.

Une équipe dirigée par Henrik Stapelfeldt de l’Université d’Aarhus, au Danemark, a conçu une expérience pour suivre ce qui se passe lorsqu’un ion sodium se dissout dans une gouttelette d’hélium liquide. Le processus commence avec un seul atome de sodium placé dans une fossette à la surface de la gouttelette, tandis qu’un atome de xénon est contenu à l’intérieur de la gouttelette. L’équipe déclenche le processus de solvatation en utilisant une impulsion laser femtoseconde pour ioniser l’atome de sodium : les atomes d’hélium sont désormais attirés par l’ion sodium chargé positivement et s’y lient progressivement. Une deuxième impulsion laser ionise ensuite l’atome de xénon. L’ion xénon chargé positivement repousse désormais le complexe sodium-hélium, le provoquant ainsi à être éjecté de la gouttelette. Les détecteurs permettent à l’équipe de surveiller les complexes éjectés et de déterminer combien d’atomes d’hélium sont liés à l’ion sodium. En faisant varier le temps entre la première et la deuxième impulsion laser, l’équipe a pu mieux comprendre la vitesse à laquelle se déroule le processus de liaison du solvant.

Les expériences ont montré que les cinq premiers atomes d’hélium se lient à l’ion sodium à raison de deux atomes par picoseconde (un billionième de seconde). L’équipe de Stapelfeldt estime que les résultats permettent de comparer expérimentalement des modèles théoriques de solvatation ionique et ouvrent la porte à la mesure de la dynamique de solvatation d’autres ions alcalins et alcalino-terreux.

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