En utilisant une technique appelée microscopie à force atomique à haute résolution (AFM), des chercheurs, en Chine, ont visualisé la structure moléculaire d’une liaison hydrogène.

Image d’entête : images AFM de la 8-hydroxyquinoléine sur une surface de cuivre illustrant les interactions de liaison hydrogène à basse température , C = gris, H = blanc , O = rouge , N = bleu , Cu = orange.

La liaison hydrogène est incroyablement utile et on les trouve partout dans la nature. Elle est notamment célèbre pour son rôle dans le maintien des deux brins de la double hélice de l’ADN. Elle donne aussi à l’eau ses propriétés uniques. Les chimistes décrivent une liaison hydrogène comme la force d’attraction entre l’hydrogène lié à un atome électronégatif d’une molécule et un atome électronégatif d’une molécule différente.

Les chimistes ont l’habitude de côtoyer sa  représentation, mais jusqu’ici ce n’était qu’à un niveau théorique. Personne n’a jamais réellement vu une liaison hydrogène, du moins jusqu’à maintenant.

Pour créer ces remarquables images, une équipe dirigée par Xiaohui Qiu et Zhihai Cheng du National Center for Nanoscience & Technology, avec Wei Ji, de l’Université chinoise Renmin, ont utilisé la microscopie à force atomique sans contact pour analyser les forces entre les molécules dans une variété de composés.

Ci-dessous représentation de la microscopie à force atomique : la pointe d’un unique atome, du microscope à force atomique sans contact, “sent“ les changements dans les forces électroniques alors qu’elle se déplace sur toute la surface à une hauteur constante. Les mouvements qui en résultent sont détectés par un faisceau laser afin de calculer une image.

La combinaison gagnante était la 8-hydroxyquinoléine (un composé organique) déposée sur une surface de cuivre.

Cette technique est similaire à celle utilisée par Felix Fischer et son équipe (Berkeley Lab) qui, plus tôt cette année, ont obtenu la première image de molécules brisant et reformant des liaisons chimiques. Plus précisément, ils ont visualisé les positions des atomes et des liaisons dans une molécule comportant 26 atomes de carbone et 14 atomes d’hydrogène structurés en trois anneaux benzéniques reliés.

Mais pour la nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé la même technique en l’améliorant pour détecter les interactions faibles plutôt que les liaisons covalentes. En travaillant avec des températures proches du zéro absolu, ils ont observé le moment ou la 8-hydroxyquinoléine formait des agrégats de liaisons hydrogène. Les chercheurs ont également produit des images de liaisons hydrogène à température ambiante.

Fait intéressant, certains scientifiques pensent que des liaisons hydrogène contiennent certains aspects covalents. Des percées de ce type pourraient éclairer la question.

L’étude publiée sur Science : Real-Space Identification of Intermolecular Bonding with Atomic Force Microscopy.