Blog

Jun 05, 2023

Le caméléon de la chimie : le soi

Par Florida State University 6 juillet 2023 Exemples de jardins chimiques réalisés dans le laboratoire d'Oliver Steinbock, professeur de chimie à la Florida State University. Crédit : Avec l’aimable autorisation de l’État de Floride

Par Florida State University6 juillet 2023

Exemples de jardins chimiques réalisés dans le laboratoire d'Oliver Steinbock, professeur de chimie à la Florida State University. Crédit : Avec l’aimable autorisation de l’Université d’État de Floride

Florida State UniversityFlorida State University (Florida State or FSU) is a public space-grant and sea-grant research university in Tallahassee, Florida, United States that was established in 1851. The university comprises 16 separate colleges and more than 110 centers, facilities, labs, and institutes that offer more than 360 programs of study, including professional school programs." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Les scientifiques de l’Université d’État de Floride ont développé un modèle mathématique expliquant la croissance, la formation de motifs et les propriétés d’auto-guérison des jardins chimiques. Ces connaissances pourraient conduire au développement de matériaux autoréparables.

Depuis le milieu des années 1600, les chimistes sont fascinés par les structures aux couleurs vives ressemblant à des coraux qui se forment en mélangeant des sels métalliques dans une petite bouteille.

Jusqu’à présent, les chercheurs ont été incapables de modéliser le fonctionnement de ces structures tubulaires d’une simplicité trompeuse – appelées jardins chimiques – ainsi que les modèles et les règles qui régissent leur formation.

Dans un article publié cette semaine dans les Actes de la National Academy of Sciences, des chercheurs de la Florida State University présentent un modèle qui explique comment ces structures se développent vers le haut, forment différentes formes et comment elles passent d'un matériau flexible et auto-cicatrisant à un matériau flexible. un plus fragile.

“In a materials context, it’s very interesting,” said FSU Professor of Chemistry and Biochemistry Oliver Steinbock. “They don’t grow like crystals. A crystal has nice sharp corners and grows atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> couche d'atomes par couche d'atomes. Et lorsqu’un trou se produit dans un jardin chimique, il s’auto-répare. Ce sont les premières étapes pour apprendre à fabriquer des matériaux capables de se reconfigurer et de se réparer eux-mêmes.

Généralement, les jardins chimiques se forment lorsque des particules de sel métallique sont placées dans une solution de silicate. Le sel dissolvant réagit avec la solution pour créer une membrane semi-perméable qui s'éjecte vers le haut dans la solution, créant ainsi une structure d'apparence biologique, semblable au corail.

Les scientifiques ont observé les jardins chimiques pour la première fois en 1646 et sont fascinés depuis des années par leurs formations intéressantes. La chimie est liée à la formation de cheminées hydrothermales et à la corrosion des surfaces en acier où peuvent se former des tubes insolubles.

"Les gens ont réalisé qu'il s'agissait de choses étranges", a déclaré Steinbock. « Ils ont une très longue histoire en chimie. Cela ressemblait davantage à une expérience de démonstration, mais au cours des 10 à 20 dernières années, les scientifiques s’y sont à nouveau intéressés.

L'inspiration pour le modèle mathématique développé par Steinbock, avec le chercheur postdoctoral Bruno Batista et l'étudiante diplômée Amari Morris, est venue d'expériences consistant à injecter régulièrement une solution saline dans un plus grand volume de solution de silicate entre deux plaques horizontales. Ceux-ci ont montré des modes de croissance distincts et que le matériau était au départ extensible, mais qu'en vieillissant, le matériau devient plus rigide et a tendance à se briser.

Le confinement entre deux couches a permis aux chercheurs de simuler un certain nombre de formes différentes, certaines ressemblant à des fleurs, des cheveux, des spirales et des vers.

Dans leur modèle, les chercheurs ont décrit comment ces modèles émergent au cours du développement du jardin chimique. Les solutions salines peuvent varier considérablement dans leur composition chimique, mais leur modèle explique l'universalité de leur formation.

Par exemple, les motifs peuvent être constitués de particules libres, de membranes pliées ou de filaments auto-extensibles. Le modèle a également validé les observations selon lesquelles les membranes fraîches se dilatent en réponse à des microbrèches, démontrant les capacités d'auto-guérison du matériau.