Tout cuisinier digne de ce nom sait qu’une pincée de la substance – qui se compose principalement du chlorure de sodium composé – se dissoudra lorsqu’elle sera versée dans une casserole d’eau à température ambiante.
Mais en tant que chimiste qui a passé des décennies à rechercher comment les substances se comportent lorsqu’elles sont confinées dans des espaces infinitésimaux, Xiao Cheng Zeng du Nebraska sait également que ce qui se passe à l’échelle macro ne vaut pas nécessairement à l’échelle nano.
Zeng et ses collègues ont récemment effectué des simulations informatiques pour déterminer comment le chlorure de sodium et son cousin salé, le chlorure de lithium, pourraient réagir lorsqu’ils sont immergés dans un jet d’eau nanoscopique bordé de deux parois lisses et hydrofuges.
Un rendu au niveau atomique du chlorure de sodium (à gauche), l’ingrédient principal du sel de table, et du chlorure de lithium (à droite). De nouvelles recherches de Xiao Cheng Zeng du Nebraska et d’autres ont suggéré que, lorsqu’ils sont confinés dans un espace nanoscopique, les atomes de sodium (bleu foncé) et de chlore (bleu clair) peuvent se réassembler après avoir été dissous. Les atomes de lithium (rose) et de chlore peuvent faire de même, selon les simulations de l’équipe. Crédit : Université du Nebraska–Lincoln
Ces simulations prédisaient quelque chose de très contre-intuitif. Après s’être initialement dissous dans l’eau, les atomes chargés et dispersés au hasard de chlorure de sodium et de lithium se réassembleraient spontanément en couches 2D, selon les simulations. Dans le cas du chlorure de sodium, cette couche serait identique à son état solide pré-dissous : un motif cristallin de carrés, avec chaque sodium atome entouré de quatre atomes de chlore, ou vice versa. Pour le chlorure de lithium, la couche comprendrait des anneaux hexagonaux – trois atomes de lithium, trois atomes de chlore – ou des chaînes d’atomes en zigzag, ou les deux.
Sur la base des calculs de l’équipe, le comportement inattendu émerge en partie parce que le confinement à l’échelle nanométrique réduit la force d’interaction entre un atome chargé – sodium, lithium ou chlore – et les molécules d’eau qui forment généralement une coquille autour de lui. Cette coque d’hydratation empêche normalement les particules de charge opposée, telles que le sodium et le chlore, de se réassembler après dissolution, mais pas lorsqu’elles sont confinées dans un espace nanoscopique, ont découvert les chercheurs.
Zeng et ses collègues chimistes informaticiens espèrent que leurs prédictions encourageront d’autres chercheurs à mener des expériences qui valident ou remettent en question leurs simulations.
Ces prédictions pourraient éventuellement éclairer la conception de dispositifs nanofluidiques qui transportent des atomes chargés pour recréer une activité neuronale, a déclaré Zeng.
Référence : « Les nanostructures de sel monocouche bidimensionnelles peuvent s’agréger spontanément plutôt que se dissoudre dans des solutions aqueuses diluées » par Wenhui Zhao, Yunxiang Sun, Weiduo Zhu, Jian Jiang, Xiaorong Zhao, Dongdong Lin, Wenwu Xu, Xiangmei Duan, Joseph S. Francisco et Xiao Cheng Zeng, le 23 septembre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-25938-0
