Afin de comprendre les différents processus environnementaux et d'apprendre à mieux gérer les effets de la pollution, les scientifiques se sont intéressés au suivi du mouvement des éléments dans l'environnement, en particulier aux interfaces entre l'eau et les minéraux.

Dans une nouvelle étude du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), en collaboration avec l'Université de l'Illinois et de Chicago et l'Université du Delaware, les chimistes ont pu s'intéresser à l'interface entre l'eau et le mica muscovite, un minéral plat que l'on trouve couramment dans le granit, sols et de nombreux sédiments. En particulier, les chercheurs ont examiné la capture et la libération du rubidium - un métal étroitement lié mais plus facilement distingué que des éléments communs comme le potassium et le sodium.

Dans l'expérience, les chercheurs ont fait couler une solution contenant du rubidium sur le mica, ce qui a amené les atomes de rubidium à remplacer le potassium qui se produit naturellement près de la surface du mica. Ensuite, la solution de rubidium a été remplacée par une solution contenant du sodium, qui à son tour a remplacé les atomes de rubidium.

Selon le chimiste d'Argonne Sang Soo Lee, qui a dirigé l'étude, la dynamique du transport des ions était largement contrôlée par les propriétés électrostatiques à l'interface entre le mica et l'eau. Essentiellement, les atomes de rubidium "s'accrochaient" à la surface du mica de la même manière que les peluches s'accrochent aux vêtements. La force du comportement d'adhérence était principalement déterminée par le nombre de molécules d'eau entre la surface du mica et le rubidium - moins il y avait de molécules d'eau, plus l'adhérence est serrée.

Lee et son collègue d'Argonne, le chimiste Paul Fenter, utilisé la source de photons avancée d'Argonne, une installation utilisateur du DOE Office of Science, d'observer l'activité du rubidium à l'aide d'une technique appelée réflectivité anormale des rayons X par résonance. Cette technique permet aux scientifiques de sonder la position d'un seul élément à une interface.

"Essentiellement, c'est comme chercher un chardonneret dans un arbre, et en utilisant une technique qui vous montre seulement où sont les choses jaunes, ", a déclaré Fenter.

En utilisant la technique, les chercheurs ont pu condenser le délai nécessaire pour mesurer le signal à partir des données. "Normalement, ces données prennent des heures à mesurer, mais maintenant nous pouvons avoir une résolution temporelle d'une ou deux secondes, ", a déclaré Fenter.

Avoir une image de la dynamique en temps réel de ces types d'interfaces donne aux scientifiques une nouvelle vision de la façon dont les ions détectent énergétiquement les surfaces. "Si vous pensez à nos expériences comme regarder des avions dans un aéroport, alors auparavant nous pouvions seulement savoir combien il y avait de Boeing ou de Cessna, " dit Lee. " Maintenant, nous avons un moyen de regarder les avions décoller et atterrir. »

Un article basé sur la recherche, "Observations en temps réel de la cinétique et de la dynamique des échanges cationiques à l'interface muscovite-eau, " a été publié dans Communication Nature le 9 juin.