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Illumination de l'électron "humide"

Illustration de l'électron humide. Crédit : Michele Pizzochero (EPFL)

Illustration de l'électron humide. Crédit : Michele Pizzochero (EPFL)

Les scientifiques de l'EPFL ont réalisé la première étude approfondie de l'électron dit "humide" - un phénomène qui se produit lorsqu'un excès d'électron est ajouté à l'eau liquide.

L'une des énigmes les plus étranges de la chimie est celle de l'"électron humide" : lorsqu'un électron en excès est ajouté à l'eau liquide, certaines molécules se réorganisent pour former une cavité autour de lui. Lorsque cela se produit, l'électron est appelé "hydraté".

Même si l'électron hydraté est bien étudié, nous savons peu de choses sur sa formation réelle. Des expériences récentes ont suggéré que l'électron en excès subit deux changements avant de s'hydrater : l'étage électronique "quasi libre", où l'électron en excès est totalement délocalisé dans l'eau, et l'étage électronique "humide", qui est encore un mystère. 

Ce n'est pas seulement une question fondamentale ; l'électron hydraté est impliqué dans les réactions de réduction en chimie aqueuse ou même dans les lésions mutagènes de l'ADN des cellules. Il est donc important de comprendre la réaction de l'eau liquide à une charge excessive pour un certain nombre d'applications.

Aujourd'hui, les scientifiques de l'Institut de Physique de l'EPFL ont réalisé des simulations informatiques avancées pour clarifier le mécanisme menant à la formation de l'électron hydraté et pour fournir une image complète des propriétés de l'électron humide. La recherche, maintenant publiée dans Chemical Science, a été dirigée par le professeur Alfredo Pasquarello et réalisée dans le cadre de son Master à l'EPFL.

"Nous avons constaté qu'avant la formation de l'électron hydraté, l'électron en excès passe de façon répétée de l'état d'électron quasi libre à l'état précurseur d'électron humide ", explique Michele Pizzochero, le premier auteur de l'étude. L'étude a également révélé que l'électron humide se produit lorsque l'électron en excès rompt partiellement le réseau d'eau liquide lié à l'hydrogène. Tout cela se produit avant que l'ensemble du système (eau plus l'excès d'électrons) n'atteigne l'équilibre thermodynamique. 

Le travail est le premier à déterminer la structure atomique et le niveau d'énergie de l'électron humide. "Dans l'ensemble, nos résultats jettent un nouvel éclairage sur l'électron humide insaisissable et offrent une image théorique attrayante pour l'interprétation des observations expérimentales ", explique Pizzochero.

Financement

Fonds national suisse de la recherche scientifique, NCCR-MARVEL 

Références

Michele Pizzochero, Francesco Ambrosio, Alfredo Pasquarello. Picture of the Wet Electron: A Localized Transient State in Liquid Water. Chemical Science 19 June 2019. DOI: 10.1039/C8SC05101A