Des calculs de chimie quantique révèlent que seulement quatre molécules d’eau sont nécessaires pour dissocier l’acide chlorhydrique spontanément, à zéro Kelvins de surcroît.  Le réseau de liens hydrogènes de cette structure bipyramide trigonale permet le transfert concerté du proton et la stabilisation d’un isomère zwitterionique qui consiste en des contres-ions usuels en phase aqueuse : Cl^- et H₃O⁺. Martin Hébert, étudiant à la maîtrise (ci-haut), est impliqué dans la simulation des spectres vibrationnels et leur mesure expérimentale par des techniques d’isolation de matrice.

Cette observation suggère que la suppression de la barrière d’activation pour la dissociation ionique ne requiert pas l’énergie d’hydratation à longue portée mais plutôt la coopérativité des réseaux de liens hydrogènes.  La dissociation ionique des hydrures d’halogènes a des implications énormes sur la détermination des mécanismes réactionnels de chimie atmosphérique hétérogène sur les particules de glace.  On postule ainsi que la bougie d’allumage des cycles catalytiques qui consument l’ozone dans la stratosphère polaire pourrait être des réactions ion-molécules catalysées par les surfaces de glace par le biais de la dissociation ionique du HCl par exemple.  Des mesures de réactivité hétérogène sur des films de glace sont réalisées par Patrick Marchand (ci-haut), aussi à la maîtrise. 

Patrick Ayotte aux commandes de ICS-2

 W.R.Wiley Environmental Molecular Sciences Laboratory
Pacific Northwest National Laboratory
Richland, WA (Février 2000).
 

J'ai effectué mon travail postdoctoral avec l'équipe de Bruce Kay
dans la division Chemical Structure and Dynamics à PNNL (1999-2001).

Cinétiques dans les Films Liquides Nanoscopiques

J'ai été impliqué dans plusieurs projets qui englobaient différents aspects relatifs a l'utilisation de films minces de glace amorphe ou cristalline pour quantifier la diffusion dans ces matériels.  Un aspect important a été le développement de méthodes expérimentales pour étudier les liquides et les solutions binaires fortement surfondues.  Nous avons utilisé des solutions binaires d'alcools (méthanol-éthanol) qui ont des cinétiques de nucléation-croissance très lentes menant à de très faibles probabilités de cristallisation. Cette surfusion tenace nos permet de maintenir ces liquides dans leur état métastable pour toute la durée de nos expériences. De plus, l'évaporation de ces solutions métastables est presque idéale (loi de Raoult) ce qui nous permet d'interpréter nos observations à l'aide d'un modèle simple.  La spectroscopie vibrationnelle de ces échantillons nous a permit de quantifier leurs cinétiques de séparation de phase (démixtion) et de cristallisation.  Ces films liquides nanoscopiques ont des viscosités suffisamment élevées pour maintenir leur intégrité macroscopique durant leur évaporation.  Toutefois, les films plus épais (>100 nm) évaporent aux plus hautes températures où leur plus faible viscosité leur permet de démouiller de substrat.  Nous avons aussi démarré l'études des solutions aqueuses d'alcools (méthanol-H₂ O et éthanol-H₂O) qui démontrent des comportements beaucoup plus complexes résultants de leur cristallisation, de la coexistence de plusieurs phases en équilibre et de la forte dépendance en composition et en température des cinétiques de cristallisation, diffusion et désorption.

Étude de l'Absorption, Invasion et Diffusion d'Atomes d'Hélium dans la Glaces

Cette dernière année, nous avons entrepris des études dynamiques et cinétiques d'absorption de l'Hélium par des films de glace.  Utilisant de concert les techniques de faisceaux moléculaires et de désorption thermales, nous avons pu mesurer les probabilités d'absorption pour la glace amorphe, cristalline et cristallisée de même qu'étudier les cinétiques d'invasion et de diffusion de l'Hélium dans des films minces (<1 micron).  Ces travaux m'ont aussi permis de me familiariser avec les techniques de simulations de dynamique moléculaire lors d'une collaboration avec le groupe de Hannes Jónsson à University of Washington.
 
 
 
 
 

Mes travaux de doctorat ont principalement portées sur l'utilisation de la spectroscopie laser vibrationnelle d'agrégats hydratés chargés négativement pour extraire la morphologie des leurs réseaux de liens hydrogènes.  Brièvement, les agrégats sont sélectionnés en masse dans la phases gazeuse utilisant des techniques de temps-de-vol puis sont irradiés avec un pulse laser nanoseconde.  Utilisant les technique de génération et d'amplification paramétriques (OPO/OPA), il est possible de couvrir (et balayer en continu) toute la plage des fréquences 2300-4000 cm ^-1.  La mise au point d'une technique pour créer des agrégats "froids" (avec le support de calculs ab initio) nous a permit d'effectué les premières déterminations expérimentales des structures des agrégats X^-·(H₂O)_n où X = F, Cl, Br, I, O₂ et n = 1-5 de même que celles des agrégats d'électrons hydratés (H ₂O)_n^-, n = 5-50. Ces travaux ont aussi sollicités l'attention de plusieurs collaborations au niveau théorique [Ken Jordan (UPitt), Sotiris Xantheas (PNNL), Kwang Kim (Pohang, Korea), Benny Gerber (UCIrvine)] qui ont contribué grandement à l'interprétation de nos résultats.  Pour un synopsis en anglais appuyez ici .