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L’acide carbonique : molécule, cristal et solution aqueuse – Chemical Communications (RSC Publishing)

Posted on août 14, 2021 by admin

L’acide carbonique (AC) est une espèce cruciale dans l’équilibre entre le dioxyde de carbone, l’eau et de nombreux minéraux. Pourtant, nombre de ses propriétés n’ont pas du tout été étudiées, ou ont été mal comprises. Sa courte durée de vie en présence d’humidité a été une pierre d’achoppement majeure dans les efforts visant à l’étudier. Au cours des deux dernières décennies, des progrès soutenus, bien que lents, ont été réalisés dans la détection, la synthèse et l’étude de l’AC dans ses différentes phases – en tant que molécule en phase gazeuse, dans son état cristallin, en tant qu’adsorbat sur des surfaces minérales et dans des solutions aqueuses. Par exemple, des expériences spectroscopiques ultrarapides résolues dans le temps, ainsi que des calculs d’énergie libre basés sur la dynamique moléculaire et utilisant la théorie fonctionnelle de la densité de Kohn-Sham, ont montré que le pKa de l’AC est d’environ 3,5, ce qui rend son acidité comparable à celle de l’acide formique. La composition de sa phase gazeuse en termes de population de conformères et d’oligomères a également été examinée. Des films minces de polymorphes cristallins d’acide carbonique ont été synthétisés et caractérisés à l’aide de spectres infrarouge et Raman. Étant donné les difficultés associées à la conduite d’expériences pour étudier l’AC, la modélisation informatique a joué un rôle important. En utilisant une approche de modélisation à plusieurs niveaux, nous avons pu examiner plusieurs structures cristallines modèles possédant des motifs de liaison hydrogène distinctifs. Leurs spectres vibratoires ont été comparés à ceux obtenus par des expériences. Un modèle cristallin constitué de molécules liées par l’hydrogène à la manière d’une chaîne correspond mieux aux spectres vibrationnels expérimentaux de l’acide β-carbonique qu’un modèle dans lequel le motif est bidimensionnel (en forme de feuille). Dans des conditions sèches, nous prédisons qu’un tel cristal est stable en dessous de 359 K à 1 atm. Dans cet article de fond, nous fournissons un résumé de notre travail sur l’acide carbonique ainsi qu’une revue des contributions d’autres personnes.

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