Une équipe de recherche internationale a acquis de nouvelles connaissances sur la façon dont les molécules d'eau interagissent. Un laser avec une luminosité particulièrement élevée, tel qu'il est disponible au laboratoire FELIX de l'Université Radboud, était nécessaire pour les expériences. Leurs découvertes aident à mieux comprendre les propriétés étranges de l'eau et sont publiées dans Angewandte Chemie .

Bien que l'eau soit omniprésente, l'interaction entre les molécules d'eau individuelles n'est pas encore entièrement comprise. Pour la première fois, les chercheurs ont pu observer complètement tous les mouvements entre les molécules d'eau, appelées vibrations intermoléculaires. Un certain mouvement des molécules d'eau individuelles les unes contre les autres, appelées rotations entravées, est particulièrement important.

Interactions inconnues

L'eau est le solvant le plus important en chimie et en biologie et possède un éventail de propriétés étranges, par exemple, il atteint sa densité la plus élevée à quatre degrés Celsius. Cela est dû aux interactions spéciales entre les molécules d'eau. « Décrire ces interactions représente un défi pour la recherche depuis des décennies, " déclare Martina Havenith de la Ruhr-Universität Bochum.

Expériences à des températures extrêmement basses

L'équipe a étudié l'interaction la plus simple imaginable, à savoir entre précisément deux molécules d'eau individuelles, en utilisant la spectroscopie térahertz. Les chercheurs envoient de courtes impulsions de rayonnement dans la gamme térahertz à travers l'échantillon, qui absorbe une partie du rayonnement. Le schéma d'absorption révèle des informations sur les interactions attractives entre les molécules. Un laser avec une luminosité particulièrement élevée, tel qu'il est disponible au laboratoire FELIX de l'Université Radboud, était nécessaire pour les expériences.

Les chercheurs ont analysé les molécules d'eau à des températures extrêmement basses. Pour faire ça, ils ont successivement stocké des molécules d'eau individuelles dans une minuscule goutte d'hélium superfluide, qui est aussi froid que 0,4 Kelvin (ou -272,75 degrés Celsius). Les gouttelettes fonctionnent comme un aspirateur qui capture les molécules d'eau individuelles. En raison de la basse température, une liaison stable se produit entre deux molécules d'eau, qui ne serait pas stable à température ambiante.

Ce dispositif expérimental a permis au groupe d'enregistrer pour la première fois un spectre des rotations entravées de deux molécules d'eau. "Les molécules d'eau bougent constamment, " explique Martina Havenith. " Ils tournent, ouvrir et fermer." Cependant, une molécule d'eau qui a une deuxième molécule d'eau à proximité ne peut pas tourner librement, c'est pourquoi on parle de rotation entravée.

Une carte énergétique multidimensionnelle

L'interaction des molécules d'eau peut également être représentée sous la forme de ce que l'on appelle le potentiel hydrique. "C'est une sorte de carte multidimensionnelle qui note comment l'énergie des molécules d'eau change lorsque les distances ou les angles entre les molécules changent, " explique Martina Havenith. Toutes les propriétés, comme la densité, conductivité ou température d'évaporation, peut être dérivé du potentiel hydrique. « Nos mesures permettent désormais de tester au mieux tous les potentiels développés à ce jour, ", explique le chercheur.