Un nouveau regard sur les réactions chimiques thermiquement induites

La plupart des réactions chimiques, naturelles ou d'origine humaine, sont dues à des effets thermiques. Cela rend leur suivi en "temps réel" difficile, et seules des expériences à l'équilibre sont possibles. Il se trouve que dans le cas de l'eau (le solvant le plus important de la terre) et en utilisant de courtes impulsions laser avec la longueur d'onde et l'intensité infrarouge appropriées, le volume irradié peut être chauffé impulsivement de dizaines de degrés centigrades en 2 à 3 picosecondes.

Ce saut de température impulsif (T-jump) a été exploité pour déclencher de manière impulsive des réactions chimiques en milieu aqueux, qui ont été sondées par des méthodes spectroscopiques allant de l'infrarouge à l'ultraviolet. Celles-ci fournissent des informations précieuses sur la réaction chimique mais ne sont pas sensibles aux éléments atomiques impliqués, ni à la structure moléculaire des réactants.

Ces limites ont été contournées par le groupe de Majed Chergui au sein du Lausanne Centre for Ultrafast Science (LACUS) en utilisant la spectroscopie par rayons X. Dans un nouvel article, Olivero Cannelli et ses collègues démontrent pour la première fois l'utilisation d'une sonde à rayons X dans une expérience de saut en Température pour observer les changements structurels autour d’atomes spécifiques au cours d'une réaction chimique.

Pour le démontrer, les chercheurs ont étudié un modèle de réaction thermique où des ions de cobalt en solution aqueuse en présence d’ions de chlore, changent leur coordination en substituant les molécules d'eau par des ions de chlore, sous l’effet d'une augmentation de température. Ces travaux constituent un premier pas vers l'étude des réactions chimiques et biochimiques thermiques à l'aide de de la spectroscopie X résolue temporellement.

"A ce jour, l'étude des réactions chimiques par rayons X n'a été possible que pour des réactions photoinduites, car les déclencheurs photochimiques sont impulsifs ", explique Chergui. "La méthode du T-jump en milieu aqueux est un autre déclencheur impulsif qui peut maintenant être utilisé. Cela élargit la gamme des réactions chimiques qui peuvent être étudiés dynamiquement par des sources pulsées de rayons X comme les synchrotrons et les lasers à électrons libres".