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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Une image plus complète de la façon dont les molécules d’eau excitées lorsqu’elles interagissent avec l’air perdent leur énergie a été révélée par les scientifiques de RIKEN dans une étude. publié Dans le magazine Communications naturelles. Ce résultat sera précieux pour mieux comprendre les processus se produisant à la surface de l’eau.

L’eau est une anomalie à bien des égards. Par exemple, ses points de congélation et d’ébullition sont beaucoup plus élevés que prévu, et il est moins dense sous forme solide (glace) que sous forme liquide.

Presque toutes les propriétés inhabituelles de l’eau proviennent des liaisons faibles qui se forment et se brisent constamment entre les molécules d’eau voisines. Ces liaisons, appelées liaisons hydrogène, surviennent parce que l’oxygène attire davantage les électrons que l’hydrogène. Ainsi, l’oxygène légèrement négatif d’une molécule est attiré vers les atomes d’hydrogène légèrement positifs des autres molécules.

Mais un petit segment de molécules d’eau – celles à la surface – subit les liaisons hydrogène différemment des autres molécules d’eau. Dans leur cas, le bras qui dépasse dans l’air ne forme pas de liaisons hydrogène.

Jusqu’à présent, personne n’était capable de comprendre comment les bras de ces molécules de surface se détendaient après avoir été étirés. En effet, il est très difficile d’isoler le signal de ces molécules.

« Nous avons une bonne connaissance du comportement des molécules d’eau dans un corps liquide, mais notre compréhension des molécules d’eau à l’interface est loin derrière », explique Tahi Tahara du laboratoire de spectroscopie moléculaire RIKEN.

Au cours de la dernière décennie, une équipe dirigée par Tahara a tenté de remédier à cette situation en développant des techniques spectroscopiques très sophistiquées pour explorer les interactions des molécules d’eau sur les surfaces.

L’équipe a maintenant développé une technique basée sur la spectroscopie infrarouge, suffisamment sensible pour détecter la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène dans les molécules d’eau de surface se relâchent.

Grâce à cette technique, l’équipe a découvert que les liaisons oxygène et hydrogène coincées dans l’air tournent en premier sans perdre d’énergie. Ils se détendent ensuite d’une manière similaire aux molécules d’un corps liquide qui forment un réseau de liaisons hydrogène.

« En ce sens, il n’y a pas beaucoup de différence entre les molécules à l’interface et à l’intérieur du liquide après avoir interagi avec leurs voisines, car elles partagent toutes deux le même processus de relaxation », explique Tahara. « Ces résultats dressent un tableau complet de la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène se détendent à la surface de l’eau. »

Tahara et son équipe ont désormais l’intention d’utiliser leur technique spectroscopique pour observer les réactions chimiques qui se produisent à l’interface de l’eau.

Plus d’information:
Woongmo Sung et al., Profil de relaxation vibratoire unifié de l’étirement de l’OH à l’interface air/eau, Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Informations sur les magazines :
L’intelligence artificielle de la nature


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Économisez 80 $ sur le télescope réfringent Celestron Inspire 100AZ, parfait pour les débutants en observation du ciel

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Comment les lasers peuvent résoudre le problème mondial du plastique

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Comment les lasers peuvent résoudre le problème mondial du plastique

Une série de miroirs et de prismes dévient et focalisent les faisceaux laser pour effectuer la réaction. Crédit image : Université du Texas à Austin

Une équipe de scientifiques a réussi à créer une technologie laser permettant de décomposer le plastique solide en composants précieux, offrant ainsi une nouvelle approche durable pour lutter contre la pollution plastique mondiale.

Une équipe de recherche mondiale, dirigée par des ingénieurs texans, a développé avec succès une méthode basée sur le laser pour décomposer les molécules des plastiques et d’autres matériaux en leurs composants de base en vue d’une réutilisation future.

La découverte, qui consiste à superposer ces matériaux sur des matériaux bidimensionnels appelés dichalcogénures de métaux de transition, puis à les enflammer, a le potentiel d’améliorer la façon dont nous éliminons les plastiques qui sont presque impossibles à dégrader avec les technologies actuelles.

« En tirant parti de ces réactions uniques, nous pouvons explorer de nouvelles voies pour convertir les polluants environnementaux en produits chimiques précieux et réutilisables, contribuant ainsi au développement d’une économie plus durable », a déclaré Yuping Zheng, professeur Walker de génie mécanique à la Cockrell School of Engineering et l’un des leaders du projet. Et de manière circulaire. « Cette découverte a des implications majeures pour relever les défis environnementaux et développer le domaine de la chimie verte. »

La recherche a été récemment publiée dans Communications naturellesL’équipe comprend des chercheurs de Université de Californie, BerkeleyUniversité du Tohoku au Japon, Laboratoire national Lawrence Berkeley, Université Baylor et Université d’État de Pennsylvanie.

Lutter contre la pollution plastique

La pollution plastique est devenue une crise environnementale mondiale, avec des millions de tonnes de déchets plastiques s’accumulant chaque année dans les décharges et les océans. Les méthodes traditionnelles de décomposition du plastique sont souvent énergivores, nocives pour l’environnement et inefficaces. Les chercheurs envisagent d’utiliser cette nouvelle découverte pour développer des techniques efficaces de recyclage du plastique afin de réduire la pollution.

Yuping Cheng et Siuan Huang

Professeur Yuping Cheng et étudiant diplômé Siyuan Huang. Image : Université du Texas à Austin

Les chercheurs ont utilisé une lumière à faible énergie pour rompre la liaison chimique du plastique et créer de nouvelles liaisons chimiques qui transforment le matériau en points de carbone lumineux. Les nanomatériaux à base de carbone sont très demandés en raison de leurs capacités polyvalentes, et ces points pourraient être utilisés comme dispositifs de stockage de mémoire dans les ordinateurs de nouvelle génération.

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« C’est passionnant de prendre du plastique qui ne se dégradera jamais tout seul et de le transformer en quelque chose d’utile pour de nombreuses industries différentes », a déclaré Jingang Li, étudiant postdoctoral à l’UC Berkeley qui a commencé la recherche à l’Université du Texas.

Potentiel d’applications plus larges

La réaction spécifique est appelée activation CH, où les liaisons carbone-hydrogène dans la molécule organique sont sélectivement rompues et converties en une nouvelle liaison chimique. Dans cette recherche, des matériaux 2D ont catalysé cette réaction qui a transformé les molécules d’hydrogène en gaz. Cela a ouvert la voie aux molécules de carbone pour se lier les unes aux autres pour former des points de stockage d’informations.

Des recherches et développements supplémentaires sont nécessaires pour améliorer le processus d’activation du méthane par la lumière et l’étendre aux applications industrielles. Cependant, cette étude représente une avancée importante dans la recherche de solutions durables pour la gestion des déchets plastiques.

Le processus d’activation du CH piloté par la lumière démontré dans cette étude peut être appliqué à de nombreux composés organiques à longue chaîne, notamment le polyéthylène et les tensioactifs couramment utilisés dans les systèmes de nanomatériaux.

Référence : « Activation C-H guidée par la lumière médiée par des dichalcogénures de métaux de transition 2D » par Jingang Li, Di Zhang, Zhongyuan Guo, Zhihan Chen, Xi Jiang, Jonathan M. Larson, Haoyue Zhu, Tianyi Zhang, Yuqian Gu, Brian W. Blankenship, Min Chen, Zilong Wu, Suichu Huang et Robert Kostecki Andrew M. Minor, Costas P. Grigoropoulos, Deji Akinwande, Mauricio Terrones, Joan M. Redwing, Hao Li et Yuebing Zheng, 2 juillet 2024, Communications naturelles.
DOI : 10.1038/s41467-024-49783-z

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La recherche a été financée par diverses institutions, notamment Instituts nationaux de la santéFondation nationale des sciences, Société japonaise pour la promotion de la science, Fondation Hirose et Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.

L’équipe de recherche comprend Deji Akinwande et Yuqian Guo du Département de génie électrique et informatique de l’Université du Texas ; Qi Han Chen, Zilong Wu et Suizhou Huang du programme de science et d’ingénierie des matériaux de l’Université du Texas ; Hao Li, De Zhang et Zhongyuan Guo de l’Université du Tohoku, Japon ; Brian Blankenship, Min Chen et Costas B. Gregoropoulos de l’Université de Californie à Berkeley ; Shi Jiang, Robert Kostecki et Andrew M. Mineure du Laboratoire national Lawrence Berkeley ; et Jonathan M. Larson de l’Université Baylor ; Haoyu Zhou, Tianyi Zhang, Mauricio Terrones et Guan M. Redwing de l’Université d’État de Pennsylvanie.

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Des milliers de mondes ne répondent pas à la définition de « planète »

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Des milliers de mondes ne répondent pas à la définition de « planète »

Dans le monde en constante évolution de l’astronomie, les définitions planétaires doivent parfois suivre le rythme des nouvelles découvertes et concepts.

Le terme « planète » tel que défini dans Union Astronomique Internationaleest actuellement en cours d’audit.

L’ancienne définition décrit une planète comme un corps céleste en orbite autour du Soleil, avec une masse suffisante pour être forcé de prendre une forme sphérique par la gravité, éloignant ainsi les autres corps de son orbite.

Cependant, la définition de l’AIU ne s’applique qu’aux corps célestes de notre système solaire, ce qui a suscité une controverse parmi les scientifiques.

Élargir la définition des planètes

Nous vivons dans un vaste univers, où l’on découvre fréquemment des corps célestes en orbite en dehors de notre système solaire.

Cette réalité soulève une question qui fait réfléchir : la définition de planète ne devrait-elle pas s’étendre au-delà des limites de notre système solaire ?

Un article qui devrait être publié prochainement dans une revue scientifique de vulgarisation conforte cette opinion. Les auteurs de l’étude proposent une nouvelle définition de la planète, une définition qui n’est pas contrainte par les limites de notre système solaire et qui s’appuie sur des critères quantitatifs.

Ancienne définition des planètes

Les pionniers de cette proposition sont des scientifiques de Université de Californie à Los Angeles (UCLA)Ils prônent le remplacement de la définition de l’AIU, qu’ils considèrent comme héliocentrique et dépassée.

« La définition actuelle mentionne spécifiquement l’orbite autour de notre soleil. Elle ne s’applique qu’aux planètes de notre système solaire », a déclaré le professeur Jean-Luc Margot, auteur principal de l’étude. Il a ajouté que la proposition de l’équipe s’appliquerait aux corps célestes en orbite autour de n’importe quelle étoile, reste stellaire ou naine brune.

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Les chercheurs affirment que les exigences de l’Union astronomique internationale concernant une planète en orbite autour de notre soleil sont très spécifiques alors que les autres critères sont trop vagues.

Ils fournissent une définition claire, pleine de critères mesurables qui peuvent être appliqués aux planètes à l’intérieur et à l’extérieur de notre système solaire.

Propriétés planétaires

Selon la nouvelle proposition, une planète est un corps céleste en orbite autour d’une ou plusieurs étoiles, naines brunes ou restes stellaires. Sa masse dépasse 1023 kg, mais est inférieure à 13 fois la masse de Jupiter (2,5 x 1028 kg). Fournir de telles limites de blocs spécifiques est un élément essentiel de la proposition.

Les scientifiques ont utilisé un algorithme mathématique pour étudier les propriétés des objets de notre système solaire et identifier les caractéristiques distinctives partagées par nos planètes.

L’analyse a servi de base au développement d’une classification globale de ces corps célestes, introduisant des éléments de base tels que la dominance dynamique.

Masse et effet de la gravité

Un objet est dit hémodynamiquement dominant s’il possède une gravité suffisante pour se frayer un chemin en collectant ou en éjectant des objets plus petits à proximité.

Il est intéressant de noter que toutes les planètes de notre système solaire présentent cette caractéristique, mais pas d’autres planètes, telles que les planètes naines comme Pluton et de nombreux astéroïdes. Ainsi, cette caractéristique a été citée comme un ajout crucial à la définition de la planète.

Alors que la dominance dynamique fixe une limite inférieure à la masse, la masse agit également comme une limite supérieure, en particulier lorsque les corps célestes deviennent si massifs qu’ils déclenchent la fusion thermonucléaire du deutérium et se transforment en sous-étoiles appelées naines brunes.

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Il convient de noter que l’exigence selon laquelle la planète doit être sphérique est plus complexe à mettre en œuvre en raison de la difficulté d’observer les formes des planètes lointaines.

Par conséquent, les auteurs proposent des définitions de base de la masse, faciles à mesurer, évitant ainsi les discussions sur la question de savoir si un corps céleste répond ou non au critère de la sphère.

Planètes et planètes naines

Il ne sera peut-être pas possible de réviser la définition officielle de la planète donnée par l’AIU dans un avenir proche, mais les chercheurs espèrent que leurs travaux susciteront un débat qui mènera à une définition améliorée.

Selon cette proposition, la distinction entre les planètes et les planètes naines devient plus claire.

Les planètes naines, comme Pluton, qui manquent de dominance dynamique, font partie d’une catégorie distincte. Cela garantit que la définition inclut exclusivement les objets qui répondent à des critères stricts de masse et de dominance dynamique.

La compréhension des exoplanètes joue également un rôle crucial dans le débat. Les exoplanètes – planètes situées en dehors de notre système solaire – nécessitent une définition qui va au-delà des contraintes centrées sur le système solaire.

En se concentrant sur la masse et l’influence gravitationnelle, la nouvelle définition fournit un cadre robuste, rendant la classification plus facile et plus précise.

L’étude a été publiée dans Journal des sciences planétaires.

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