11.12.2013

Chimie: controverse résolue par des chercheurs fribourgeois

Des scientifiques du Département de chimie de l’Université de Fribourg ont trouvé la solution à une énigme scientifique, concernant le processus de fission de la molécule d’acide formique par des électrons, qui avait suscité un vif débat dans le monde de la chimie.

Image: Thinkstock

Cette controverse autour de la fission de la molécule d’acide formique (HCOOH) par des électrons a longtemps opposé deux groupes de chimistes américains. Le premier, de l’Université Lincoln au Nebraska, avait proposé que la liaison la plus faible se cassait systématiquement. Le second, de l’Université Berkeley en Californie, avait, quant à lui, suggéré d’employer un tout autre mécanisme, après avoir constaté que la scission de la liaison la plus faible n’est possible qu’après déformation de l’ensemble de la structure moléculaire. L’équipe de recherche fribourgeoise, dirigée par le Dr Juraj Fedor et le Prof. Michael Allan, a testé expérimentalement quel mécanisme est correct.

L’expérience est basée sur la possibilité que deux atomes d’hydrogène de la molécule d’acide formique puissent être remplacés par du deutérium, qui possède les mêmes propriétés chimiques que l’hydrogène, mais qui est deux fois plus lourd et se déplace donc beaucoup plus lentement. Grâce à une observation minutieuse de l’influence d’une deutération sélective sur le résultat de la réaction, elle a pu démontrer que la séparation de la molécule d’acide formique résulte de la fission directe de la liaison la plus faible, et que la molécule n’a pas besoin de changer sa structure durant le processus. Cette découverte ouvre la voie à une nouvelle compréhension microscopique des divisions provoquées par les électrons et concerne également des biomolécules plus complexes. Elle permet donc une nouvelle avancée de la théorie.

Comprendre le processus de la fission moléculaire

Sur le plan moléculaire, une réaction chimique consiste en une restructuration d’atomes au sein des molécules. Un des buts principaux de la chimie est de comprendre le déroulement de cette réorganisation – à savoir comment les atomes se déplacent durant les réactions chimiques. L’attachement d’un électron est une manière de provoquer une telle restructuration. Ce processus est important, par exemple pour les systèmes biologiques, où une telle fission moléculaire est provoquée lors des radiothérapies. C’est pourquoi les scientifiques souhaitent connaître le déroulement exact d’une telle interaction.

Actuellement la description théorique de ce processus a atteint une limite: du point de vue moléculaire, la matière suit les lois de la mécanique quantique et seule la résolution d’équations mathématiques complexes permet de prévoir le comportement des atomes. Même à l’aide des ordinateurs les plus rapides, on ne peut éviter des approximations sévères qui empêchent la prédiction fiable du déroulement d’une réaction. C’est ainsi qu’est né le différend entre les deux écoles théoriques américaines, auquel le travail des chercheurs fribourgeois a mis fin en proposant une nouvelle approche théorique.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans le prestigieux Physical Review Letters:
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i21/e213201

Contact: Dr. Juraj Fedor, Département de chimie, juraj.fedor@unifr.ch, 026 300 86 97