Exploration des structures des cristallites contenant du xénon

Les gaz nobles ont la réputation d’être des éléments inertes et non réactifs, mais il y a plus de 60 ans, Neil Bartlett a démontré la première façon de lier le xénon. Il a créé le XePtF₆un solide jaune orangé. Comme il est difficile de faire croître des cristaux suffisamment grands contenant des gaz nobles, certaines de leurs structures – et donc de leurs fonctions – restent insaisissables. Désormais, des chercheurs ont examiné avec succès de minuscules cristallites de composés de gaz nobles. Ils ont décrit les structures de plusieurs composés de xénon dans Centre scientifique central de l’ACS.

Depuis la découverte de Bartlett, qui est commémorée par un monument historique international de la chimie, des centaines de composés de gaz nobles ont été synthétisés et certaines structures cristallines ont été caractérisées par diffraction des rayons X sur monocristal.

Cependant, les cristaux contenant du gaz noble sont généralement sensibles à l’humidité de l’air. Cette propriété chimique les rend très réactifs et difficiles à manipuler, nécessitant des techniques et des équipements spéciaux pour faire croître des cristaux suffisamment grands pour permettre une analyse par diffraction des rayons X. Par conséquent, les structures détaillées de ce premier composé de xénon et de plusieurs autres composés contenant du gaz noble ont échappé aux chercheurs.

Récemment, une autre technique, la diffraction électronique 3D, a révélé la structure de petits cristaux nanométriques. Ces cristallites sont stables dans l’air, mais cette technique n’a pas été largement appliquée aux composés sensibles à l’air. Lukáš Palatinus, Matic Lozinšek et leurs collègues ont donc voulu tester la diffraction électronique 3D sur des cristallites de composés contenant du xénon.

Les chercheurs ont synthétisé trois composés de difluorure de xénon et de tétrafluorure de manganèse, obtenant des cristaux rouges individuels et des poudres cristallines roses. Les échantillons ont été maintenus stables en refroidissant d’abord un support avec de l’azote liquide, en ajoutant l’échantillon puis en recouvrant le support rempli de plusieurs couches protectrices pendant le transfert dans un microscope électronique à transmission.

L’équipe a mesuré les longueurs et les angles de liaison du fluorure de xénon (Xe–F) et du fluorure de manganèse (Mn–F) pour des cristallites de taille nanométrique dans la poudre cristalline rose en utilisant la diffraction électronique 3D. Les structures ont ensuite été comparées aux résultats obtenus par l’équipe sur les cristaux rouge vin plus gros, de taille micrométrique, par diffraction des rayons X sur monocristal. Les deux méthodes concordaient bien, malgré de petites différences, selon les chercheurs, et les résultats ont montré que les structures étaient :

• Chaînes zigzag infinies pour 3XeF₂·2 millions de francs₄.
• Anneaux pour XeF₂·MnF₄.
• Chaînes doubles en forme d’escalier pour XeF₂·2 millions de francs₄.

Suite à cette démonstration réussie de la diffraction électronique 3D sur les composés du xénon, les chercheurs affirment que la technique pourrait être utilisée pour découvrir les structures du XePtF₆ et d’autres composés de gaz nobles difficiles à caractériser qui ont échappé à toute caractérisation pendant des décennies, ainsi que d’autres substances sensibles à l’air.