Nos tutelles

CNRS

Rechercher





Accueil > Agenda Scientifique

11 décembre 2019: 1 événement

séminaire

  • Effets de confinement sur la conversion des isomères de spin nucléaires de l’eau.

    Mercredi 11 décembre 10:00-11:30 - Clément Wespiser - Dt de chimie, Université de sherbrooke, Canada

    Effets de confinement sur la conversion des isomères de spin nucléaires de l’eau.

    Résumé : La molécule d’eau, omniprésente, existe dans deux états distincts de spin nucléaire, ortho et para, selon la symétrie de la fonction d’onde nucléaire. Le rapport de population entre ces deux espèces dépend de la température ; celui-ci est donc utilisé par la communauté astrophysique pour déterminer, par spectroscopie, la « température de spin » des corps froids tels que les comètes ou les disques proto- planétaires [1]. Bien que théoriquement interdite, la conversion entre les espèces ortho et para peut se dérouler sous certaines conditions [2,3] et reste un processus dont les mécanismes et la cinétique restent flous.
    A des taux de dilution suffisamment bas, l’isolation en matrice constitue un moyen unique d’étudier les cinétiques de conversion intramoléculaire, en piégeant des molécules d’eau à l’intérieur d’un cristal de gaz rare. Cependant, le confinement dans une cavité de cette taille à plusieurs implications pour la dynamique de la molécule d’eau, tel que le couplage entre le mouvement rotationnel et le mouvement translationnel frustré (couplage rotation-translation, RT) [4]. Plus important encore, en ce qui concerne la cinétique de conversion, l’interaction entre les phonons du réseau et le mouvement frustré du centre de masse de la molécule d’eau semble ouvrir de nouveaux canaux de conversion [5].
    A l’aide d’un potentiel ab-initio décrivant l’interaction entre la molécule d’eau et un atome de gaz rare [6], des simulations par dynamique moléculaire classique ont été entreprises pour éclaircir le rôle du couplage RT sur la dynamique de la molécule d’eau sous confinement, ainsi que celui du couplage entre la vibration du centre de masse et les phonons de la matrice. Plus particulièrement, l’utilisation des fonctions de corrélations croisées permet de mettre en évidence la dépendance du couplage RT sur la distribution de masse de la molécule d’eau afin d’appréhender les effets isotopiques sur la dynamique et sur les cinétiques de conversion.
    L’analyse des trajectoires classiques suggère que la dynamique de la molécule d’eau confinée peut raisonnablement être décrite comme un oscillateur harmonique et isotrope en trois dimensions, dont la position d’équilibre est décalée du centre de la cavité de la matrice de gaz rare. Un modèle quantique de rotateur confiné, tel que proposé dans la référence [4], est ainsi utilisé pour calculer les niveaux d’énergie ro-translationnels de la molécule confinée et les états quantiques correspondants. Ce modèle simple met en lumière deux caractéristiques importantes du confinement qui pourraient expliquer les rapides cinétiques de conversion observées expérimentalement : la dépendance du diagramme énergétique ro-translationnel sur le couplage RT, et le mélange des fonctions d’onde rotationnelles sous confinement.
    [1] Science, 232, 1523-1528, 1986
    
[2] J. Chem. Phys., 46, 3220 – 3228, 1967
    
[3] Phys. Rev. A, 85, 012521, 2012
    
[4] J. Chem. Phys., 138, 244305 , 2013
    [5] J. Phys. Chem. A, 121, 1571 – 1576, 2017 

    [6] J. Chem. Phys., 129, 184310, 2008
    contact : Stéphane Coussan

    En savoir plus : Effets de confinement sur la conversion des isomères de spin nucléaires de l’eau.