Des charges identiques peuvent s'attirer mutuellement

Les charges opposées s'attirent, les charges identiques se repoussent - mais ce n'est pas toujours vrai. Dans certaines circonstances, les particules chargées peuvent enfreindre ces règles, a découvert une équipe dirigée par Madhavi Krishnan de l'Université d'Oxford. Mais elles ont besoin d'un peu d'aide, comme le rapporte l'équipe dans la revue scientifique "Nature Nanotechnology". Les particules dissoutes dans un liquide peuvent interagir avec les molécules de ce liquide de manière à ce que les mêmes charges s'attirent. De tels effets peuvent même briser la symétrie entre les charges : les particules chargées positivement s'attirent mutuellement, tandis que les particules chargées négativement se repoussent simultanément. Cette découverte a des conséquences importantes pour des phénomènes tels que la formation de cristaux ou les interactions entre protéines.

On sait depuis longtemps, en particulier en biologie, que des molécules de même charge ou même des structures plus grandes semblent parfois s'attirer. Mais il manquait une explication à ce phénomène : toutes les autres interactions étaient considérées comme trop faibles pour compenser la répulsion des charges. Pour résoudre cette énigme, le groupe de travail a étudié le comportement de nanoparticules de silicate chargées négativement et positivement dans l'eau et l'éthanol. L'explication de l'étrange attraction des particules de même charge réside donc dans le comportement de l'eau à la surface des particules. Leurs charges imposent aux molécules d'eau, également dotées de zones négatives et positives, un certain ordre autour des particules chargées.

Comme le groupe de travail le constate, l'arrangement spatial des particules peut devenir de plus en plus pauvre en énergie lorsque deux particules chargées négativement se rapprochent l'une de l'autre. Jusqu'à une certaine distance, l'énergie ainsi libérée est supérieure à celle qui doit être dépensée pour surmonter la répulsion des charges identiques. Cela signifie que les particules de même charge s'attirent sur de plus grandes distances. Il en résulte que les nanoparticules chargées négativement dans l'eau forment des groupes ordonnés grâce à leur attraction. En revanche, les particules chargées positivement ne connaissent pas un tel gain d'énergie dans l'eau, elles continuent à se repousser.

Ce qui change dans l'alcool. Les molécules de ce dernier s'organisent sur les surfaces de manière à ce que leurs zones chargées positivement et négativement s'opposent à celles de l'eau. En conséquence, l'effet de leur réarrangement est de signe opposé : les charges positives s'attirent mutuellement, les négatives non. En outre, le groupe de travail montre comment mesurer et prédire les forces et potentiels décisifs sur les surfaces. Cet effet a des conséquences importantes pour toute une série de domaines et d'applications. Par exemple, il influence probablement le comportement de nombreuses structures biologiques, modifie la solubilité des nanoparticules ou des produits chimiques, ou fait s'agglomérer des choses qui, idéalement, ne devraient pas s'agglomérer.

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