Crédit :Université du Nouveau-Mexique
De bien des manières, comprendre les équations de la mécanique quantique dans un effort pour prédire ce qui se passera entre les réactifs tels que les atomes et les molécules résultant en des phénomènes complexes en chimie peut être épuisant, et ahurissant pour beaucoup. Encore, sans les connaissances théoriques, les chimistes expérimentaux seraient largement incapables de comprendre ce qu'ils observent.
Des chercheurs de l'Université du Nouveau-Mexique, dirigé par le professeur distingué de chimie Hua Guo, ont travaillé avec des expérimentateurs pour les aider à acquérir une compréhension en fournissant des interprétations théoriques d'observations expérimentales.
« Quand les scientifiques sondent des molécules, ils voient des caractéristiques spectrales, mais il est très difficile d'interpréter ces caractéristiques car ce ne sont que des lignes du spectre, " a déclaré Guo. "C'est là que nous intervenons et fournissons une interprétation théorique de leurs observations expérimentales."
Une telle étude conjointe de l'équipe de Guo a été publiée récemment avec un groupe de chercheurs de Cal-Berkeley dans la prestigieuse revue Chimie de la nature intitulé "Résonances de Feshbach dans le canal de sortie du F + CH
« Afin de contrôler une réaction chimique, vous devez comprendre comment cela se passe à travers l'état de transition, " a déclaré Guo. "Vous devez concevoir des moyens intelligents pour le faire."
Les collaborateurs de Guo à Berkeley fabriquent d'abord un anion stable. Il arrive que ces ions négatifs aient typiquement une géométrie très proche de l'état de transition des réactions neutres correspondantes, comme le montre la figure, les scientifiques peuvent commencer avec cet anion et retirer l'électron de ces molécules à l'aide d'une lumière laser.
"Vous utilisez un laser pour tirer sur la molécule et l'électron est expulsé, " dit Guo. " Alors, cette molécule est placée à l'état de transition et vous la regardez se désagréger. C'est ainsi qu'ils détectent l'état de transition. Ils voient des caractéristiques spectrales, mais il est difficile de les interpréter. C'est là que nous intervenons et fournissons une interprétation théorique de leur observation expérimentale. »
Les ions négatifs ont généralement une géométrie très proche de l'état de transition des réactions neutres correspondantes. Crédit :Université du Nouveau-Mexique
La chimie est régie par la mécanique quantique, les scientifiques résolvent donc l'équation de la mécanique quantique appelée équation de Schrödinger, qui est l'équivalent de l'équation de Newton dans le petit monde - tout en bas - les électrons, atomes, molécules - elles ne suivent en fait pas la loi de Newton, ils suivent la loi de Schrödinger de sorte que la théorie est ce que nous appelons la mécanique quantique. L'interprétation de la mécanique quantique donne aux scientifiques de nombreuses informations.
"Nous pouvons réellement prédire à quoi ressemblent ces états quantiques et c'est ce qu'ils voient dans l'expérience, " Guo a dit. " Il s'avère que, notre théorie peut en fait déterminer l'origine des pics spectraux. Dans ce cas, ces pics correspondent aux résonances dites de Feshbach."
Dans le deuxième article intitulé, "Codage de l'isomérisation du vinylidène dans son spectre anionique, " publié dans un autre grand journal Science , le travail a été conçu pour comprendre la nature mécanique quantique d'un type particulier de réaction appelée isomérisation, où vous passez d'une forme de molécule à une autre. L'approche adoptée par l'expérimentateur est la même que celle de l'autre article.
Il s'agit d'une réaction unimoléculaire impliquant une seule molécule, vinylidène. La bonne chose à propos de cette réaction est que vous pouvez voir les deux hydrogènes connectés avec un carbone dans un isomère. Avec l'autre isomère, un hydrogène est relié à chacun des deux carbones, c'est donc la réaction. Chimie inorganique, c'est ce qu'on appelle un changement d'hydrogène de 1:2.
"Lorsque la molécule s'isomérise, d'une manière ou d'une autre, ces deux hydrogènes doivent se déplacer autour du cadre de carbone en faisant un mouvement de vibration. Il est donc important de déterminer quel mode vibrationnel aide cette réaction à avoir lieu. C'est le point clé. Peut-être plus intéressant, l'isomérisation ne franchit pas la barrière, il passe en fait sous la barrière. C'est ce qu'on appelle le tunneling, comme s'il y avait un tunnel pour les atomes d'hydrogène à traverser.
"Le tunneling est ce que les scientifiques appellent une propriété de mécanique quantique parce que l'hydrogène est très léger, c'est de la mécanique quantique, et il peut parfois creuser un tunnel. Nous avons des preuves qui le prouvent."
Ce problème d'isomérisation existe depuis longtemps, Guo a expliqué. Mais fondamentalement, cela n'a été compris que très récemment, lorsque cet article a été publié.
"C'est la signification où nous avons comblé le fossé et dit aux gens" voici exactement ce qui se passe - cela implique un tunnel et cela implique un mode de bascule de la vibration, " a déclaré Guo. " J'aimerais voir cela comme lorsque vous skiez. Vous montez jusqu'à une bosse puis vous descendez jusqu'au bout. Énergétiquement c'est ce qui se passe. Le plus délicat avec les molécules, c'est qu'elles ne passent pas par-dessus la bosse, il passe en dessous et traverse des tunnels. Parce que ces choses sont de la mécanique quantique, c'est un effet surprenant."
