Hélium, le deuxième élément le plus léger de l'univers, a une variété d'utilisations, du maintien à flot des ballons au refroidissement des aimants supraconducteurs.

C'est aussi un gaz noble, ainsi étiqueté parce qu'il a longtemps été considéré comme « trop distant » pour réagir avec les autres éléments du tableau périodique.

Maintenant, cependant, une équipe de scientifiques dirigée par la California State University, Northridge (CSUN) professeur de chimie Maosheng Miao, et y compris Eva Zurek, professeur de chimie à l'Université de Buffalo, a fourni une explication théorique de la façon dont l'hélium peut être capable de former des composés solides stables, les myriades de combinaisons d'éléments chimiques qui créent toutes sortes de matériaux.

La recherche suggère également que le gaz - dont l'approvisionnement sur Terre a diminué - pourrait se trouver dans le manteau terrestre, un endroit autrefois considéré comme improbable car il n'y avait aucune chimie connue pour y garder l'hélium.

La nouvelle étude, "Réactivité de He avec des composés ioniques sous haute pression, " a été publié le 5 mars dans Communication Nature . Le travail a été inspiré par une étude de 2017 dans laquelle une autre équipe de recherche a rapporté avoir synthétisé un composé stable à partir d'hélium et de sodium, un élément du sel de table, sous haute pression.

Bien que cette réaction ait été prouvée par des expériences, Miao a dit, « nous ne comprenions pas pourquoi cela pouvait arriver. Maintenant, nous le comprenons. L'hélium est une bonne 'nounou'. »

"Nous proposons qu'il existe une force motrice générale pour que l'hélium réagisse avec les composés ioniques dès que ces composés ont un nombre inégal d'ions chargés négativement et positivement, " dit Miao, doctorat "Par conséquent, il stabilise ce qui serait normalement une situation instable, en quelque sorte la façon dont une nounou intervient lorsque vos enfants ne s'entendent pas."

"La recherche est fondamentalement intéressante parce que l'hélium a toujours été considéré comme non réactif - l'élément qui ne réagit avec rien, " a déclaré le co-auteur de l'étude Zurek, Doctorat., professeur de chimie à l'UB College of Arts and Sciences. "Notre recherche illustre un nouveau mécanisme expliquant pourquoi l'hélium pourrait réagir avec d'autres espèces chimiques pour former des composés sous pression. De plus, nous avons prédit de nouveaux ensembles de composés qui pourraient également réagir avec l'hélium sous pression qui n'avaient pas été étudiés dans le travail original. »

En plus de Miao et Zurek, l'équipe comprenait les chercheurs invités Zhen Liu et Jorge Botana du CSUN (post-doctorants au Centre de recherche en sciences informatiques de Pékin en Chine) ; professeur de physique Andreas Hermann, Doctorat., de l'Université d'Edimbourg au Royaume-Uni; Steven Valdez, premier cycle en chimie du CSUN; professeur de physique Dadong Yan, Doctorat., de l'Université normale de Pékin en Chine; et professeur de physique Hai-qing Lin, Doctorat., directeur du Centre de recherche en sciences informatiques de Pékin.

Le rôle de « nounou » d'Hélium

Les ions sont des atomes ou des molécules avec une charge électrique. Dans certains composés chimiques stables, un ion chargé négativement équilibre un ion chargé positivement. (Un exemple de ceci est le sel de table, composé d'ions sodium chargés positivement et d'ions chlore chargés négativement).

Mais lorsque les composés contiennent des nombres inégaux d'ions chargés négativement et positivement, la répulsion entre atomes de même charge peut conduire la structure à devenir instable sous pression.

C'est là qu'intervient l'hélium. "C'est un peu comme la nounou, " dit Miao.

"Les éléments chimiques se réunissent pour former un composé, un peu comme une famille, " expliqua-t-il. " Mais, comme dans n'importe quelle famille, tout le monde ne s'entend pas, dans ce cas parce que vous avez trop d'ions négatifs ou positifs.

"Maintenant, nous allons faire pression pour que ce composé fonctionne, c'est comme mettre cette famille, ce composé, dans une toute petite voiture, " a poursuivi Miao. " Vous savez ce qui se passe quand vous forcez vos enfants à s'asseoir ensemble sur le siège arrière d'une petite voiture, parfois ils ne s'entendent pas, il y a des querelles et des bousculades. Bien, l'hélium est la nounou dans la voiture de ce composé chimique. Il se place entre les enfants pour les aider à s'entendre, mais cela ne fait vraiment pas partie de la famille."

Dans le cas des composés chimiques, Miao a expliqué, l'hélium ne forme aucune liaison chimique avec ses atomes voisins. Au lieu, il s'insère entre les éléments du composé pour les maintenir stables.

La nouvelle recherche jette les bases d'une étude future des composés d'hélium en prédisant des composés supplémentaires qui seraient stables sous pression, tel qu'un composé constitué de fluorure de magnésium et d'un atome d'hélium, et un autre composé de fluorure de calcium et d'un atome d'hélium.

Plus d'hélium sur Terre ?

La légèreté de l'hélium et son utilisation intensive signifient que l'approvisionnement de la Terre en élément s'épuise lentement.

Miao a déclaré que si la théorie de son équipe s'avérait vraie :"Je pense que ce sera le cas, et cela a été partiellement prouvé" - cela pourrait non seulement fournir de nouvelles informations sur le rôle que joue l'hélium dans les composés chimiques, mais aussi fournir des indices pour savoir où en trouver davantage.

"Nos travaux révèlent que l'hélium a la propension à réagir avec une large gamme de composés ioniques même à basse pression, ce qui implique qu'il pourrait y en avoir beaucoup plus sur Terre que nous ne le pensons, " dit-il. " Puisque la plupart des minéraux de la Terre contiennent des nombres inégaux d'ions chargés positivement et négativement, nos travaux suggèrent que de grandes quantités d'hélium pourraient être stockées dans le manteau terrestre."