Les chimistes de la Ruhr-Universität Bochum ont suivi avec une résolution spatiale sans précédent comment les molécules d'eau individuelles se fixent à une molécule organique. Ils ont utilisé la microscopie à effet tunnel à basse température pour visualiser les processus à une échelle inférieure à un nanomètre. Cela leur a permis d'étudier les phénomènes d'hydrophilie et d'hydrophobie au niveau moléculaire, c'est-à-dire pourquoi certaines parties des molécules organiques attirent ou repoussent l'eau.

« Les résultats sont une étape importante sur la voie de la compréhension des processus de solvatation, C'est, comment les substances se dissolvent dans l'eau, " explique Karsten Lucht de la chaire Bochum de chimie physique I. Il rapporte les résultats avec l'équipe dirigée par la professeure Karina Morgenstern et ses collègues de la chaire de chimie organique II dans la revue Angewandte Chemie . Les scientifiques coopèrent au sein du pôle d'excellence Ruhr Explores Solvation, ou Resolv pour faire court.

L'objectif du cluster est de comprendre comment les solvants affectent les réactions en solution et l'utilisation des solvants pour contrôler les réactions.

Suivi de l'accumulation d'eau étape par étape

En tant que molécule organique, les chercheurs ont utilisé un colorant azoïque constitué de deux anneaux de carbone avec des groupes fonctionnels attachés qui sont polaires, c'est-à-dire légèrement chargés positivement ou négativement. Ils ont déposé les molécules sur un monocristal d'or et refroidi le système à six Kelvin. Ensuite, ils ont ajouté des molécules d'eau individuelles étape par étape et ont observé où elles se fixaient au colorant.

Les premières molécules d'eau ont préféré s'attacher aux groupements fonctionnels polaires. Lorsque les chercheurs ont augmenté la quantité d'eau, les molécules nouvellement ajoutées se sont attachées aux molécules d'eau qui étaient déjà liées. "Nos expériences montrent que l'hydrophilie et l'hydrophobie peuvent être retracées au niveau moléculaire, " dit Karina Morgenstern. Les molécules d'eau évitaient les zones non polaires de la molécule, les régions polaires ont été préférées.

Trois procédures complémentaires

Les processus qui ont été observés ici avec la microscopie à effet tunnel sont généralement étudiés par spectroscopie ou avec des simulations de dynamique moléculaire. Cependant, la première méthode ne fournit pas d'informations spatiales, et ce dernier est basé sur des hypothèses dues à la taille du système. "Chaque méthode a sa valeur, " explique Karsten Lucht. " Les trois approches se complètent. "