Il y a toujours une raison à la façon dont les molécules se forment et dont elles sont façonnées. Une fois que les chercheurs comprennent les liaisons dans les molécules, ils trouvent des moyens d'utiliser au mieux les matériaux qu'ils forment, débloquer de nouvelles innovations pour la science et la technologie.

Mais il y a un lien qui a laissé les scientifiques perplexes – le lien entre certains types de métaux et le carbone. Professeur de chimie Timothy Hanusa et Ph.D. L'étudiant Ross Koby a entrepris de reproduire ce type unique de lien en utilisant la technologie de modélisation.

« Si nous pouvions faire en sorte que les modèles moléculaires prennent la même forme que les molécules dans la vie réelle, nous serions capables de comprendre pourquoi les liens se forment dans des formes si irrégulières, " dit Hanusa.

En modifiant les calculs de modélisation et en incorporant des données supplémentaires, l'équipe a trouvé de nouveaux facteurs expliquant la formation, remettre en cause les théories existantes. Ils ont récemment présenté leurs conclusions pour le site Web Science Trends.

Les liaisons métal et carbone en question se produisent dans des composés qui ressemblent à des biscuits Oreo :au milieu se trouve le métal, et il est entouré de chaque côté par des anneaux de carbone. Comme avec un biscuit Oreo, les anneaux sont généralement parallèles et équilibrés, en gardant les anneaux chargés négativement aussi loin que possible les uns des autres. Mais dans certains de ces composés, en particulier avec des métaux des terres rares comme le samarium ou des métaux plus lourds comme le calcium et le strontium, les anneaux s'inclinent l'un vers l'autre, se pliant de sorte qu'ils se touchent presque d'un côté.

Dans le cas des métaux des terres rares, cela peut s'expliquer par une liaison covalente - les deux côtés de la molécule partagent des électrons dans les deux sens, dans un motif comme un chiffre 8 qui a été replié au centre.

Mais pour les métaux plus lourds avec une liaison plus ionique, où les atomes s'attirent comme les deux faces d'un aimant, les côtés chargés négativement doivent se repousser.

Les scientifiques expliquaient auparavant cela avec ce qu'on appelle le phénomène d'interaction de dispersion, ce qui signifie que même les atomes qui se repoussent à proximité sont en fait attirés les uns vers les autres à de plus longues distances. C'est une interaction faible qui n'est pas toujours très bien prise en compte dans la technologie de modélisation.

Hanusa et Koby ont testé cette théorie en apportant de gros changements dans les calculs de modélisation. D'abord, ils ont utilisé des descriptions plus complètes des électrons aux centres métalliques des molécules (la crème remplissant le biscuit) pour voir s'ils pouvaient affecter la liaison ou provoquer la courbure.

Prochain, ils ont utilisé un nouveau calcul totalement sans dispersion. Alors que les anciens modèles pouvaient inclure ou non l'effet de dispersion, le nouveau modèle annule absolument l'effet. De cette façon, les chercheurs peuvent exécuter les modèles sans dispersion, puis rallumez-le pour voir comment le modèle change.

Ce qu'ils ont trouvé avec le nouveau modèle a confirmé la théorie selon laquelle les liaisons métaux des terres rares/carbone se situent à l'extrémité la plus covalente du spectre. Ces molécules étaient naturellement courbées même lorsque l'effet de dispersion était désactivé.

Cependant, les molécules de métaux lourds/carbone, a montré quelque chose de nouveau. Les modèles moléculaires se sont pliés même sans effet de dispersion - pas autant que dans la vraie vie, mais assez pour montrer que les électrons du métal central provoquaient une certaine flexion. Lorsque l'effet de dispersion était également activé, les modèles moléculaires se sont pliés comme le font les vraies molécules. Cela signifie que la dispersion et les effets covalents provoquent la flexion de cette molécule.

Les nouveaux calculs montrent comment la dispersion et les effets covalents peuvent fonctionner ensemble pour modifier la structure des molécules. Cela a des implications importantes dans de nombreux domaines de la chimie, de déterminer les points d'ébullition des liquides à affecter le repliement des protéines. Grâce à cette nouvelle recherche, les scientifiques peuvent désormais décrire les molécules avec plus de précision et comprendre pourquoi elles se comportent et réagissent de certaines manières.