Invisible à l'œil humain, les interactions moléculaires entre les gaz et les liquides sous-tendent une grande partie de nos vies, y compris l'absorption de molécules d'oxygène dans nos poumons, de nombreux procédés industriels et la conversion des composés organiques dans notre atmosphère. Mais les difficultés de mesure des collisions gaz-liquide ont jusqu'à présent empêché l'exploration fondamentale de ces processus.

Kenneth McKendrick et Matthew Costen, tous deux à l'Université Heriot-Watt, à Edimbourg, ROYAUME-UNI., J'espère que leur nouvelle technique permettant de visualiser des molécules de gaz rebondissant sur une surface liquide aidera les climatologues à améliorer leurs modèles atmosphériques prédictifs. La technique est décrite dans Le Journal de Physique Chimique , des éditions AIP.

"La molécule d'intérêt dans notre étude, le radical hydroxyle, est un fragment instable d'une molécule qui affecte l'ensemble de la compréhension de la chimie atmosphérique et des choses qui affectent véritablement le climat, " a déclaré McKendrick. " Certaines de ces réactions OH importantes ont lieu à la surface des gouttelettes liquides, mais nous ne pouvons pas voir les interactions de surface directement, nous mesurons donc les caractéristiques des molécules dispersées à partir de films en temps réel pour déduire ce qui s'est passé lors de leur rencontre avec le liquide. »

Les feuilles laser sont la clé de la technique, induisant un signal fluorescent de courte durée de chaque molécule lorsqu'elle traverse des impulsions de 10 nanosecondes. La fluorescence induite par laser n'est pas nouvelle en soi, mais c'était la première fois que des feuilles laser étaient appliquées à la diffusion à partir d'une surface dans le vide sans aucune autre molécule présente pour interférer avec la diffusion du faisceau moléculaire. Cela a permis à l'équipe McKendrick de capturer des images individuelles de mouvement moléculaire, du faisceau moléculaire à la surface liquide et à la diffusion, qui ont été compilés dans des films.

Contrairement aux méthodes précédentes de capture des interactions gaz-liquide, toutes les caractéristiques nécessaires pour comprendre l'interaction :vitesse, angle de diffusion, rotation, etc.—sont capturés dans les films simples que McKendrick décrit comme « intuitifs ». En observant les bandes de film moléculaire, L'équipe de McKendrick a noté des molécules dispersées à un large éventail d'angles, semblable à une balle rebondissant dans toutes les directions lorsqu'elle est lancée sur une surface inégale. Cette simple observation prouve directement que la surface des liquides n'est pas plate.

"Quand vous descendez au niveau moléculaire, la surface de ces liquides est très rugueuse, à tel point que vous pouvez à peine faire la différence entre la distribution des molécules lorsqu'elles sont dirigées verticalement sur la surface ou lorsqu'elles sont à un angle de 45 degrés. Cette découverte est importante pour comprendre les chances que différents processus moléculaires se produisent à la surface du liquide, ", a déclaré McKendrick.

Au fur et à mesure qu'ils améliorent leur technique, L'équipe de McKendrick espère collecter des informations plus raffinées à partir de liquides atmosphériques pertinents. Mais McKendrick souligne que la technique ne se limite pas au domaine de la science atmosphérique et qu'elle sera probablement bientôt appliquée à la compréhension des interactions gaz-solide qui se produisent dans des processus tels que la conversion catalytique des gaz dans les moteurs de voiture.