La sélection du paramètre d'impact est fondamentale pour le résultat de la réaction chimique, comme visualisé ici sur la base d'expériences. Au paramètre d'impact zéro, la réaction au sommet a montré la formation reproductible d'une paire liée de molécules CF2 à la surface du cuivre. Dans le deuxième événement, en bas, une collision à un paramètre d'impact légèrement plus élevé (3,6 Angströms, plutôt que zéro), les produits présentés à droite de l'image sont toujours éloignés les uns des autres, séparément chimiquement lié au métal sous-jacent. Il s'agit également d'une réaction chimique, mais présentant un schéma de réaction différent avec le métal. Le paramètre d'impact est vu pour déterminer la voie de réaction. Cela n'a pas été démontré auparavant, car il n'a pas été possible de sélectionner le paramètre d'impact. Crédit :Kelvin Anggara et Lydie Leung/Université de Toronto
Des scientifiques de l'Université de Toronto ont trouvé un moyen de sélectionner le résultat d'une réaction chimique en utilisant un facteur insaisissable et recherché depuis longtemps connu sous le nom de « paramètre d'impact ».
L'équipe de chimistes de l'U de T, dirigé par le chercheur lauréat du prix Nobel John Polanyi, ont trouvé un moyen de sélectionner le paramètre d'impact ou la distance manquante par laquelle une molécule de réactif manque une molécule cible, modifiant ainsi les produits de la réaction chimique. Les résultats sont publiés aujourd'hui dans Avancées scientifiques .
"Les chimistes lancent des molécules sur d'autres molécules tout le temps dans l'espoir de faire quelque chose de nouveau, " dit Polanyi, Professeur d'université au département de chimie de l'Université de Toronto. "Dans cette étude, nous avons trouvé un moyen de contrôler le résultat en pointant une molécule de projectile sur une molécule cible, avec une précision d'une petite fraction du diamètre de la molécule cible."
La dynamique moléculaire en chimie ressemble beaucoup à un jeu de billard. Tout comme un joueur de billard envoie la balle entrante vers la balle cible, les chimistes lancent une molécule vers une autre pour produire une réaction chimique. Cependant, Ceci peut être fait, c'est clair maintenant, soit par hasard comme d'habitude, ou par conception comme le nouveau travail montre être possible.
Auparavant, le caractère aléatoire inhérent aux mouvements moléculaires empêchait les chimistes de diriger leurs molécules de projectile vers les cibles chimiques, comme le font les joueurs de billard. Au lieu, ils ont été obligés de jouer au billard les yeux bandés.
"Au fil des années, les chimistes sont devenus très doués pour jouer au billard les yeux bandés, utiliser des balles collantes et les lancer fort ou faiblement, " dit Polanyi. " Mais nous avons trouvé un moyen d'enlever le bandeau, et viser chaque coup."
Les chercheurs y sont parvenus en déposant des molécules sur un cristal métallique, puis appliquer un petit courant à partir d'une pointe métallique atomiquement pointue à l'une des molécules. Cet ajout d'énergie a provoqué la projection d'une molécule de « projectile » sur la surface en ligne droite, le long de l'une des crêtes en forme de rail sur le cristal métallique vers une molécule "cible" proche présente sur le cristal, le manquer d'un montant contrôlé.
Différentes distances ratées, appelés « paramètres d'impact », ont été montrés de manière reproductible pour donner des résultats différents, c'est-à-dire différents schémas de réaction.
"La surface cristalline sous-jacente est notre table de billard, " a déclaré Kelvin Anggara, un boursier postdoctoral dans le groupe de recherche de Polanyi et un auteur principal de l'étude. "En profitant des rainures que la nature a commodément tracées à la surface des cristaux, nous avons découvert que nous pouvions guider le projectile moléculaire en déplacement de manière à ce qu'il frappe la cible de front ou lors d'une collision coup d'œil qui ratait la cible d'une quantité souhaitée. De cette façon, comme au billard, nous pouvons contrôler l'issue de la collision moléculaire."
La sélection de la distance manquante ou du paramètre d'impact dans les collisions entre molécules de réactif a jusqu'à présent été qualifiée de "fruit défendu de la dynamique de réaction" par le professeur de l'Université Harvard, Dudley R. Herschbach, avec qui Polanyi a partagé le prix Nobel de chimie 1986 avec Yuan T. Lee. Alors que les découvertes faites par le trio ont permis aux chimistes de déduire de nombreuses forces en jeu dans une réaction chimique, le paramètre d'impact a défié le contrôle direct.
Cela est vrai même dans les conditions réputées bien contrôlées des "faisceaux moléculaires croisés". On oublie souvent que bien que les poutres de cette méthode élégante soient dirigées l'une vers l'autre, les molécules ne le sont pas. Maintenant, les molécules individuelles peuvent être dirigées les unes contre les autres, assez précisément.
« Nous pensons qu'il s'agit d'une avancée majeure dans la maîtrise des réactions chimiques, " dit Anggara, qui a réalisé l'étude avec Polanyi, l'associée de recherche principale Lydie Leung et l'étudiant diplômé Matthew Timm.
