C'est peu dire que des réactions chimiques ont lieu partout, constamment. Dans la nature comme en laboratoire, la chimie est omniprésente. Mais malgré les avancées, il reste un défi fondamental d'acquérir une compréhension et un contrôle complets sur tous les aspects d'une réaction chimique, comme la température et l'orientation des molécules et des atomes en réaction.

Cela nécessite des expériences sophistiquées où toutes les variables qui définissent l'approche de deux réactifs, et finalement réagir avec, l'un l'autre peut être librement choisi. En contrôlant des choses comme la vitesse et l'orientation des réactifs, les chimistes peuvent étudier les moindres détails d'un mécanisme de réaction particulier.

Dans une nouvelle étude, une équipe dirigée par Andreas Osterwalder à l'Institut des sciences et de l'ingénierie chimiques de l'EPFL, travailler avec des théoriciens de l'Université de Toronto, ont construit un appareil qui leur permet de contrôler l'orientation et les énergies des atomes en réaction, jusqu'à presque zéro absolu. "C'est la formation la plus froide d'une liaison chimique jamais observée dans les faisceaux moléculaires, " dit Osterwalder. Un faisceau moléculaire est un jet de gaz à l'intérieur d'une chambre à vide, fréquemment utilisé en spectroscopie et en études de chimie fondamentale.

Les scientifiques ont utilisé deux de ces faisceaux qui fusionnent en un seul faisceau pour étudier la chimi-ionisation, un processus fondamental de transfert d'énergie qui est utilisé dans plusieurs applications, par exemple. en spectrométrie de masse. Pendant la chimi-ionisation, un atome ou une molécule en phase gazeuse réagit avec un autre atome ou une autre molécule dans un état excité et crée un ion. L'identité de l'ion résultant dépend de la réaction, une nouvelle liaison peut se former lors de la collision, résultant en un ion moléculaire, ou bien un ion atomique peut être formé

Les chercheurs ont étudié la réaction entre deux gaz :un atome de néon excité et un atome d'argon. Leur appareil contient une paire d'aimants solénoïdes qui sont utilisés pour régler avec précision la direction d'un champ magnétique dans lequel la réaction a lieu, ce qui a permis aux chercheurs de contrôler l'orientation réelle des deux atomes l'un par rapport à l'autre. "Même si les atomes sont souvent représentés comme de minuscules boules, ce ne sont pas normalement des objets sphériques, " dit Osterwalder. " Exactement parce qu'ils ne le sont pas, ils ont des orientations précises, et cela peut affecter leur réactivité."

Mais même si l'expérience pouvait contrôler l'orientation qui à son tour contrôlait la quantité d'ions atomiques par rapport aux ions moléculaires formés à partir de la chimi-ionisation, les chercheurs ont découvert qu'en dessous d'une température d'environ 20 Kelvin (- 253,15 °C), les forces inter-atomiques ont pris le relais et les atomes se sont réorientés quel que soit le champ appliqué.

"C'est la première fois que quelqu'un fait cela à une température aussi basse, " dit Osterwalder. " Avec ce niveau de contrôle, nous pouvons étudier certains des modèles les plus fondamentaux au cœur de la chimie, comme la relation entre l'orientation et la réactivité.