Activités de la physique ( PHYSICS WORLD W 30 ) mélées de quelques souvenirs personnels!

J’avais l’intention de me livrer avec mes lecteurs à une courte méditation sur les condensats de BOSE EINSTEIN ( les fameux BEC en anglais) qui sont de si grands secours pour une phase essentielle de la théorie du TOUT de DOMINIQUE MAREAU ….Mais fort opportunément ,la semaine 30 de mes collègues anglo-saxons m’apporte un article de TIM MORGAN sur les travaux norvégiens sur l’ hélium 4, cet élément si utile , si bizarre et qui réussit à être fermion et boson composite à la fois ….Mais je vous préviens, si vous n’aimez pas lire le EVANS ou simplement vous intéresser à la chimie quantique ma traduction et mon commentaire vont vous paraitre arides voire ardus à parcourir , surtout pendant une période vacances !.........Alors allez vagabonder sur mes autres titres comme d’habitude en cliquant sur mes liens …….

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De nouvelles liaisons chimiques seraient possibles dans les conditions extrêmes de champs magnétiques:20 juil. 2012 5 commentaires

« -Des molécules d'hélium pourraient-elles se former dans les très forts champs magnétiques?

Dans les champs magnétiques extrêmes des naines blanches et des étoiles à neutrons, un troisième type de liaison chimique pourrait se produire. Telle est la conclusion de chimistes théoriciens en Norvège, et qui ont utilisé des simulations informatiques pour montrer que des molécules jusqu’ici inconnues pourraient se former dans des champs magnétiques beaucoup plus élevés que ceux créés ici sur Terre.

Tous les Étudiants en chimie ont appris au secondaire qu'il y existait deux types de liaison chimique – les liaisons ioniques, dans lequel un atome donne un électron à un autre atome, et des liaisons covalentes, dans lequel les électrons sont partagés. En fait, on sait déjà aussi que les liaisons chimiques réelles en général se situent quelque part entre les deux modèles .

Lorsque deux atomes se rencontrent, leurs orbitales atomiques se combinent pour former des orbitales moléculaires. Pour chacune des deux orbitales atomiques combinées, deux orbitales moléculaires sont formées. L'une d'elle est plus faible en énergie que toute orbitale atomique et est appelé orbitale liante . L'autre orbitale «anti-liante" est plus élevée en énergie que toute orbitale

atomique .Pour que les choses se passent ainsi ou pas , tout dépendra pour les deux atomes de l’ obligation déterminée par le fait que l'énergie totale des électrons dans les orbitales moléculaires soit inférieure à l'énergie totale des électrons dans les orbitales atomiques d'origine. Si c'est alors le cas, la formation de liaisons seront favorisée énergétiquement et le liaison se formera.

Liaison et anti liaison

Le principe d'exclusion de Pauli interdit à une seule orbitale de détenir plus de deux électrons (elle peut en contenir deux, s'ils ont des spins opposés). Si l'orbitale atomique de chaque atome contient un seul électron, les deux peuvent aller dans l'orbitale de liaison lorsque les orbitales se combinent. Les deux électrons sont donc abaissés en énergie et la formation de la liaison est favorisée énergétiquement. Mais si les orbitales atomiques contiennent deux électrons chacune, deux des quatre électrons devront partir dans l'orbitale anti-liante par adhésion moléculaire. Dans l'ensemble, donc, deux électrons auront leur énergie abaissée par la formation de la liaison, tandis que les deux autres électrons auraient augmenté leur énergie.

Dans des circonstances normales, une orbitale anti-liante est toujours plus élevée en énergie par rapport à l’énergie de l'orbitale atomique la plus haute qu’une orbitale liante n’est abaissée en dessous de l'énergie par rapport à l'orbitale atomique de plus basse énergie. Cela signifie qu'une liaison chimique , avec ses orbitales liante et anti liante pleines ,aurait toujours une énergie plus élevée que les orbitales atomiques à partir de laquelle elle se sera formée. Un tel lien ne devrait donc pas se former. C'est pourquoi les atomes de gaz rares dits nobles, qui présentent des orbitales atomiques extérieures pleines, ne forment presque jamais de molécules sur la Terre.

Mais récemment, Kai Lange et ses collègues de l'Université d'Oslo ont utilisé un programme informatique mis au point par leur groupe appelé LONDON pour montrer que ce n'est pas toujours le cas ailleurs. LONDON crée des modèles mathématiques d’ orbitales moléculaires placées sous l'influence de champs magnétiques de l'ordre de 105 TESLAS. Cela est beaucoup plus élevé que les champs de 30-40 teslas qui peuvent être développés dans les laboratoires et qui ont peu d'effet sur les liaisons chimiques.

Changer les règles !

De grands champs pourraient être utiles à ceux qui étudient des objets astronomiques tels que les naines blanches - où les champs magnétiques peuvent atteindre 105 T - et les étoiles à neutrons, où les champs pourraient être aussi élevés que 1010 T. Dans ces conditions, l'équipe a montré que les règles de liaison pourraient changer. En particulier, l'orbitale anti-liante est abaissée en énergie quand une molécule diatomique est soumise à un champ magnétique fort et perpendiculaire. Des molécules avec orbitales liantes et anti-liantes complètes, tels que celles de l'hélium, diatomique pourraient alors être énergiquement favorisées.

Le chef d'équipe Trygve Helgaker explique que la sophistication de London a permis au groupe d'effectuer des calculs que d'autres ont trouvé jusqu’ici impossibles. "Nous pouvons faire des calculs précis avec toutes les orientations de la molécule par rapport au champ magnétique,» dit-il. «Les gens ont fait les mêmes types de calculs de structure électronique avant, mais je crois que leurs c alculs ont été limités à la situation où le champ est parallèle à l'axe moléculaire."

La recherche est publiée dans Science, en un commentaire d'accompagnement, Peter Schmelcher de l'Institut de physique des lasers à l'Université de Hambourg, en Allemagne, a déclaré: « Les atomes, les molécules et systèmes de la matière condensée exposés à de forts champs magnétiques représentent un sujet fascinant, et ce travail a ajouté un mécanisme de liaison clé. " L e fait intéressant, puisqu'il accepte que les champs présents autour d'une naine blanche sont irréalisables dans un laboratoire dans un avenir prévisible, est qu’il voit une autre façon pour que les modèles du groupe puissent être testés expérimentalement. Les atomes de Rydberg sont des atomes fortement excités qui peuvent être de la taille du point sur un "i". Parce que la longueur de la liaison entre les atomes de Rydberg est si grande, l'interaction de Coulomb est beaucoup plus petite, et Schmelcher croit qu'il pourrait donc être possible de les utiliser pour produire des champs magnétiques de force comparable.

À propos de l'auteur Tim Wogan est un écrivain de science basée au Royaume-Uni

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Cet article me rappelle un moment historique de l’histoire de la chimie quantique que j’ai personnellement vécue à SACLAY .J ‘avais comme tous les étudiants des années 50 appris que les gaz rares étaient dénommés » nobles » parce qu’ils restaient atomiques et n’entraient jamais dans aucune combinaison chimique ………Il se trouve qu’après la création et le démarrage de l’usine de séparation militaire de PIERRELATTE , mon chef CLAUDE FREJACQUES a eu la très bonne idée de conserver la partie recherches fondamentales de ses équipes et de ne pas les disperser…..En attendant qu’ une séparation d’uranium à des fins civiles puisse un jour se créer il nous a laissé la bride sur le cou ….et nous étions non seulement spécialistes de l’hexafluorure d’uranium mais de toute la physico chimie du fluor ( j’ai été le premier à monter un laboratoire de microcalorimétrie fluor à SACLAY).

Or il se trouve que cette époque a vu se concrétiser les vieilles idées théoriques de LINUS PAULING qui avait prédit dès 1933 que les gaz nobles les plus lourds pouvaient se combiner au fluor et même à l'oxygène. Plus précisément, il prédisait l'existence de l'hexafluorure de xénon XeF6 et de l'hexafluorure de krypton KrF6etc….. Ces prédictions se sont avérées quasiment exactes et c’est NEIL BARTLETT qui les a réalisé ..FREJACQUES a saisi l’occasion et envoyé PIERRE PLURIEN un an sabbatique chez le Pr.CADY (Univ du Washington state) qui nous a ramené des pistes que mes collègues DELVALLE et PESME ont su exploiter ..Nous aussi avons su fabriquer des combinaisons de gaz rares , mais pas n’importe lesquelles … Les gaz nobles les plus lourds ont en effet plus de couches d'électrons que les plus légers, de sorte que, pour les électrons périphériques, les couches électroniques intérieures cachent davantage le noyau dans les atomes lourds (xénon, krypton, argon) que dans les atomes plus légers (néon, hélium). Il en résulte une énergie d'ionisation plus faible pour ces gaz nobles plus lourds, suffisamment faible pour permettre la formation de composés stables avec les éléments les plus électronégatifs, en l'occurrence le fluor et l'oxygène