La forme de vie telle que nous la connaissons ne peut exister sans les ions. D’ailleurs, plusieurs ions, comme le sodium et le potassium, sont omniprésents chez l’être humain. Ils déterminent la viabilité des cellules, la signalisation nerveuse et l’intégrité structurelle des tissus. De même, l’interaction entre les solvants et ces entités est d’une utilité extrêmement importante. Par exemple, les batteries rechargeables dépendent du mouvement des ions dans les solutions électrolytiques.
Des chercheurs de l’Université de New York et de la Sorbonne ont mené des expériences et des simulations sur des solutions d’eau salée. Ils ont ainsi découvert que les molécules d’eau (H2O) tournaient autour des ions de sel à une vitesse fulgurante.
Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans Nature Communications. Ceux-ci aideraient les chercheurs dans la construction de modèles plus fiables pour prédire la dynamique des ions.
Une extrême agitation des molécules d’eau
Dans une solution aqueuse, quatre à six molécules d’eau entourent habituellement les ions. Cependant, notre compréhension de l’interaction de ces molécules d’eau avec les ions est limitée. En fait, les anciens modèles pour prédire la dynamique des ions ne permettaient pas de constater du mouvement entre ces deux éléments.
Par conséquent, les scientifiques ont exploité la spectroscopie RNM (résonance magnétique nucléaire) pour leur étude. Cet outil polyvalent leur a permis d’analyser le mouvement des molécules de sel et d’eau.
Les chercheurs ont alors décidé de combiner ces données avec des simulations informatiques détaillées. Ils ont ainsi réussi à modéliser la dynamique environnant des ions de sel à l’échelle atomique. Grâce à cela, ils ont observé l’agitation des molécules d’eau autour des ions sodium et chlorure. Ces molécules tournent autour des ions à plus d’un billion de fois par seconde.
De potentielles améliorations dans divers domaines
Grâce à cette découverte, l’équipe a pu mettre en place des modèles plus fiables pour la dynamique des ions. Ces modèles pourraient être exploités dans différents projets scientifiques. L’amélioration des batteries rechargeables ou des IRM en sont des exemples.
« Nous pensons que ce travail peut apporter des idées dans de nombreux domaines – de la médecine au stockage de l’énergie – qui reposent sur une bonne compréhension de la dynamique des ions en solution. »
Alexej Jerschow, professeur au département de chimie de l’université de New York
Benjamin Rotenberg, de l’Université de la Sorbonne, a expliqué que l’équipe allait continuer leur recherche. Elle va notamment étudier des électrolytes plus complexes ainsi que ce qui se passe à proximité des surfaces solides. Cette fois-ci encore, les scientifiques comptent combiner les données des expériences avec des simulations afin d’avancer dans leurs travaux.
SOURCE : PHYS.ORG