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Étude de la dynamique d’ions hydrophobes en solutions aqueuses par diffusion de neutrons et par simulation numérique
Les cations tétraalkylammonium symétriques (TAA) sont des systèmes modèles pour étudier le comportement des ions hydrophobes. Dans ce travail, des solutions aqueuses concentrées de divers TAABr sont étudiées pour obtenir des informations sur la structure microscopique et la dynamique à la fois des ions et du solvant, par une combinaison de diffusion des neutrons et de simulations de dynamique moléculaire (MD).
Il est démontré que les TAA cations ne s’agrègent pas, même en concentration élevée et sont pénétrables à la fois par des anions et des molécules du solvant. L’orientation moyenne de l’eau de solvatation est tangentielle autour de la surface des cations, ce qui est différent de l’orientation observée avec les cations simples, comme Na+.
L’utilisation conjointe des expériences de diffusion de neutron quasi-élastique (technique de l’Echo de Spin et de Temps-de-Vol) et de la simulation MD permet de séparer la dynamique contenue dans le signal cohérent et incohérent en diffusion de neutrons. Le premier est identifié avec le mouvement du centre de masse (CoM) du cation TAA, le deuxième, provenant des atomes individuels d’H du cation, est une combinaison complexe de ce mouvement de CoM et les mouvements des H à l’intérieur du cation.
La MD permet également d’identifier l’échelle caractéristique de la rotation globale du cation TAA. Le ralentissement des molécules de l’eau dans ces solutions est visible, mais moins important que prévu.