Des ions hydrogènes surpris en pleine migration

Une équipe internationale de scientifiques dirigée par le Prof. Ehud Pines du département de chimie de l’université Ben Gurion et le docteur Erik T. J. Nibbering de l’institut Max Born de Berlin ont observé pour la première fois le déplacement des ions hydrogènes (des protons H+) depuis des acides vers des bases en passant par l’eau. L’article sur ces travaux a été publié dans la revue « Science » sous le titre « Real-Time Observation of Carbonic Acid Formation in Aqueous Solution » (Science Vol. 326. no. 5960, pp. 1690 – 1694).

La neutralisation acide-base est un classique des travaux pratiques de chimie de niveau lycée mais le processus qui permet aux ions H+ de voyager d’un réactif à l’autre n’a jamais pu être observé expérimentalement. L’équipe a pu réaliser cette prouesse technique en utilisant des pulses lasers ultra-courts (de 150 femto secondes) pour imager la formation de cations H3O+, H5O2+ et H9O4+. Ainsi chaque « saut » de proton H+ sur une molécule d’eau a pu être observé depuis son « départ » de l’acide jusqu’à son « arrivée » sur la base. Le plus surprenant c’est que le cation s’adapte à son environnement à chaque saut et prend une forme différente (H3O+, H5O2+ ou H9O4+) en fonction de la conformation des molécules d’eau situées dans son voisinage. L’eau a de nombreuses propriétés qui font d’elle un solvant de choix pour les processus chimiques sur terre et en particulier, la propriété qui lui permet de véhiculer les ions H+ de manière bien plus efficace que n’importe quel autre solvant, est la clef de nombreux processus du vivant.

Ces résultats permettent donc de mieux comprendre des processus naturels fondamentaux comme la neutralisation acide-base et la transmission des protons dans l’eau mais aussi au travers de bio-membranes. Des applications technologiques possibles de ces résultats sont aussi envisageables comme dans la production et l’optimisation des carburants d’origine biologique.

Julien Chabe