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La matière telle que nous la côtoyons quotidiennement est constituée d’atomes liés entre eux, formant des assemblages moléculaires. Bien que ce processus de liaison atomique fondamental soit à la base du monde dans lequel nous évoluons, l’échelle à laquelle il se déroule empêchait les scientifiques de l’observer en direct. Mais récemment, une équipe de chercheurs a pour la première fois réussi à capturer le phénomène sur vidéo.

La vidéo de 18 secondes montre deux atomes se vacillant séparément dans des cylindres creux de carbone. Mais lentement, ils se rapprochent de plus en plus l’un de l’autre, avant que les deux minuscules structures ne fusionnent soudainement en une seule.

La figure unifiée commence alors à se déformer, se tordant en différents angles, puis le lien est rompu. Mais, ces deux atomes ne peuvent pas rester éloignés l’un de l’autre trop longtemps. La paire fini par se rapprocher et le lien moléculaire se forme à nouveau.

Atomes de rhénium, nanotubes de carbone et MET

Filmer des atomes qui se lient les uns aux autres est une véritable prouesse scientifique. Afin de capturer le processus, les chercheurs ont piégé une paire d’atomes de rhénium dans des nanotubes étroits de carbone. Ces cylindres de carbone ont des diamètres à l’échelle moléculaire, entre 1 et 2 nm, et ont été utilisés comme tubes à essai miniatures pour les atomes.

rhenium nanotubes

Schéma montrant la molécule de dirhénium ainsi que la structure en nanotubes de carbone dans laquelle évoluent les deux atomes observés au microscope électronique à transmission. Crédits : Kecheng Cao et al. 2019

L’équipe a ensuite utilisé la microscopie électronique à transmission (MET) pour capturer le processus en vidéo. La TEM est une technique par laquelle un faisceau d’électrons à haute énergie est utilisé pour visualiser les spécimens et créer une image. « À notre connaissance, c’est la première fois que l’évolution, la rupture et la formation des liaisons sont enregistrées sur film à l’échelle atomique » déclare Andrei Khlobystov, professeur à l’Université de Nottingham.

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Sur le même sujet : Premières images en temps réel de molécules modifiant leur charge électrique

Liaison atomique : elle permet aux atomes de se stabiliser

Les atomes se lient les uns aux autres afin d’augmenter leur stabilité et de réduire leur énergie. À eux seuls, les atomes exercent plus d’énergie et sont plutôt instables. Mais une fois qu’ils se combinent, un atome chargé positivement et un atome chargé négativement peuvent former des molécules aux propriétés uniques. Pour pouvoir se lier, les atomes doivent d’abord partager des électrons et parvenir à un équilibre.

rhenium liaison

Animation montrant la paire d’atomes de rhénium évoluant dans la structure en nanotubes de carbone. Crédits : Kecheng Cao et al. 2019

Comme le montre la vidéo, les deux atomes se lient et évoluent ensemble le long des couloirs étroits des tubes à essai en carbone. À un moment donné, cependant, leur liaison se casse lorsque la longueur de la liaison dépasse la taille des atomes.

La liaison entre les atomes se modifie à mesure que l’environnement autour d’eux change. Dans ce cas, elle est devenue plus faible à mesure que les atomes se déplaçaient en paire dans les nanotubes. Les deux atomes sont redevenus indépendants, mais se sont rapprochés peu de temps après et ont reformé la molécule.

Vidéo complète montrant l’évolution de la molécule de dirhénium :

Sources : Science Advances

liaison atomes

Une réponse

  1. Ray2.0

    Oh mon Dieu c’est incroyable. Une première dans l’histoire. Dire qu’il y a même pas 10 ans on pensait que c’était impossible de filmer des atomes. Si ça continue comme ça un jour les scientifiques vont annoncer avoir réussi à défier l’espace et le temps en inventant un moyen de voyager dans le temps et d’ailleurs vu les avancées actuelles on s’y dirige.
    C’est comme le premier appareil vidéo capable de filmer en temps réels la lumière (photons) qui se déplace et qui peut filmer les angles cachés derrière un recoin de mur (voir vidéo Youtube sur TED) travaux de scientifiques indiens ou arabes un truc comme ça. Bref les scientifiques du monde entier font avancer la science. Mais ce qui m’inquiète c’est que les militaires s’emparent des travaux pour en faire des armes encore.

    Répondre

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