Des chercheurs de la Ruhr-Universität Bochum ont observé pour la première fois comment une molécule d'une structure cristalline solide est solvatée dans un solvant liquide à un niveau moléculaire. Le processus est trop rapide pour être déchiffré à température ambiante. L'équipe du pôle d'excellence Ruhr Explore Solvation (Resolv) a utilisé des méthodes microscopiques qui fonctionnent à des températures particulièrement basses. Le groupe dirigé par le Dr Karsten Lucht et le professeur Karina Morgenstern du Département de chimie physique I décrit les étapes pertinentes du processus de solvatation dans la revue Angewandte Chemie le 11 octobre 2018.

"La compréhension du processus de solvatation est d'une importance fondamentale pour la chimie, puisque les connaissances pourraient aider à influencer l'interaction entre les solvants et les molécules solvatées de manière ciblée et ainsi contrôler les réactions chimiques de manière encore plus complète, " explique Karsten Lucht.

Pour l'étude, les chimistes ont analysé les cristaux d'une molécule organique par microscopie à effet tunnel à basse température, qui fonctionne à moins 265 degrés Celsius. A cette température, les mouvements moléculaires s'arrêtent, permettant d'imager les molécules individuelles.

L'eau solvate la structure cristalline

Les chercheurs ont fixé les molécules organiques sur une surface d'argent spéciale. Les groupes fonctionnels des molécules formaient alors des chaînes. "Cette structure correspond à un cristal unidimensionnel, " explique Lucht. Les scientifiques ont ensuite ajouté une petite quantité d'eau, qui s'est attaché aux molécules organiques à des positions définies. Finalement, ils ont chauffé le système à moins 193 degrés Celsius, de sorte que la structure cristalline a été complètement perdue.

"La perte de l'ordre moléculaire correspond à la solvatation du cristal organique dans une solution réelle, " décrit Karina Morgenstern. Les molécules organiques individuelles n'interagissent qu'avec les molécules d'eau et peuvent donc être considérées comme solvatées. "Nous avons ainsi pu observer pour la première fois les étapes pertinentes du processus de solvatation sur des molécules individuelles, c'est-à-dire le cristal sec, la fixation du solvant sur celui-ci et sa solvatation complète, ", dit le chercheur.