Marie-Lise et Karl vous invitent à visionner une expérience de chimioluminescence! (format .mov, 5,0 Mo)

Qui de nos jours n'a pas déjà cassé un de ces petits bâtons phosphorescents ou alors porté un de ces colliers vert, rose ou jaune lors d'une fête populaire? C'est ce qui nous a poussé à nous interroger sur l'identité de celui qui avait bien pu découvrir ce phénomène.
C'est pourquoi nous avons orienté notre recherche sur la chimioluminescence et sur ce grand inventeur, John Charles Polanyi. Nous traiterons de trois aspects à son sujet: Sa biographie , ses découvertes et l'impact de ces dernières sur la société d'aujourd'hui. Sa vie en général et ses influences. Ses expérimentations. Il découvrit plusieurs choses dont, la chimioluminescence, l'état de transition et la dynamique des processus chimiques. De nos jours, nous utilisons plusieurs de ces découvertes. Par exemples, l'utilisation de la photochimie, les bâtons lumineux et dans le domaine de la criminologie.

Biographie


John Charles Polanyi est maintenant âgé de 74 ans. Ce grand homme est né en 1929 en Allemagne, plus précisément dans la ville de Berlin. Ses parents étaient Hongrois et se nommaient Michael et Magda Elizabeth Polanyi. John déménagea en Angleterre où il amorça ses études. C'est à l'Université de Manchester en 1952 qu'il reçoit son doctorat. Par la suite, John décida de travailler pour le Conseil national de la recherche canadien (1952-1954) et c'est à l'Université de Princeton (1954-1956) qu'il travaille sur le passage des molécules en un état très excité. C'est là qu'il remarque que lorsque des produits d'une réaction passent d'un état de très forte vibration à un état de très faible vibration, ils produisent un rayonnement de haute fréquence. En 1956, il devient chargé de cours de chimie comme simple assistant. Par la suite, en 1962, il est honoré par cette université qui le nomme professeur à l'université de Toronto. Il poursuivit tout de même ses expérimentations tout en enseignant à l'université. En 1958, il utilise un appareil expérimental pour observer de plus faibles modifications dans les vibrations des molécules. Après plusieurs années d'expériences et de modifications, il réussit à mesurer les états énergétiques transitoires de vibration et de rotation des molécules résultantes. Quelques chercheurs, dont Dudley Herschbach et Yuan Tseh Lee, aidèrent indirectement John Charles dans ses expérimentations. John Charles Polanyi ne fut pas un de ces chercheurs qui fît avancer la science sans être récompensé. En effet, il reçu en 1986 le prix Nobel de chimie avec les deux chercheurs qui l'aidèrent. John Charles Polanyi doit en autre son prestige à son père qui était un très grand chercheur et qui fût une de ses plus grandes influences.

La plupart de ses expérimentations portaient sur l'étude des réactions qui mène à la formation d'un complexe activé (ce qui arrive aux molécules durant le millionième de millionième de seconde que dure la collision des réactifs). Polanyi, aux cours de ces années d'expérimentations c'est intéressé également aux problèmes d'ordre éthique posés par le progrès scientifique, domaine auxquel il a consacré de nombreux articles.Quelques témoins restent encore pour démontrer quelques-unes de ses expériences, comme le film «Concept in Reaction in Dynamics» et le livre «The Dangers of Nuclear War» dont il est le coauteur. Mais abordons de plus près ses expérimentations dans la partie qui suit.

Découvertes

Sa première découverte fût la chimioluminescence, c'est-à-dire le phénomène par lequel certaines molécules portées à un état excité retournent à l'état fondamental en restituant une partie de l'énergie sous forme d'émission de lumière, lorsque l'énergie qui permet aux molécules d’atteindre l'état excité provient d'une réaction d'une réaction chimique. John Polanyi découvrit ce phénomène en se servant de l'excitation des molécules. Pour ce faire, il utilisa entre autre des lasers . Oxydé en milieu basique, "le luminol libère du diazote gazeux pour donner une molécule dans un état excité, c'est-à-dire dans un état électronique instable. Cette molécule va se «désexciter» pour retomber dans son état fondamental en émettant des photons (paquet d'énergie produisant de la lumière). Ces photons se situant dans le domaine du visible, nous sont perceptible sous forme de lumière colorée.. L'expérimentation de la chimioluminescence fait beaucoup appel à une notion que nous avons étudiée soit «le complexe activé». Lors de ses expérimentations, il remarqua un autre phénomène, que nous pouvons nommer sa deuxième grande découverte, soit «l'état de transition d'une réaction».

Polanyi avait eu raison. Après ces expériences, on assista même à des discussions théoriques au sujet de la possibilité de guider des réactions chimiques (nous pourrions même dire que nous pouvons catalyser des réaction par la lumière) par l'interaction d'un laser puissant avec les particules réagissantes. Polanyi et ses collègues ont modifié leur approche en 1979 suite à l'observation d'émission ou d'absorbtion d'énergie à l'état de transition. John Polanyi et son équipe découvraient alors la spectroscopie* de l'état de transition. Ces études théoriques ont été effectuées pour la première fois dans le laboratoire de John Charles Polanyi. Maintenant, suite aux découvertes de cet homme, les recherches sur l'état de transition se poursuivent et sont maintenant dirigées du California Institute of Technology dans le laboratoire de A. H. Zewail. Ce qui valut à ce dernier un prix Nobel en 1999.

Sa troisième importante découverte fut la dynamique des processus chimiques. Les informations recueillies jusqu'alors ne portaient que sur ce qui se passe avant et après la formation des complexes intermédiaires. Il s'agit donc maintenant de connaître les événements qui se produisent au cœur même de la réaction, c'est-à-dire suivre des phénomènes qui se déroulent à une échelle de temps de l’ordre de la femtoseconde (10^-15s).


Impact de ses découvertes
Bâtons lumineux

Ces bâtonnets souples contenant une manchette de verre qui, une fois rompue, permet la mixtion de réactifs distincts. L'oxydation du diphényloxalate(C₁₄O₄H₁₀ + H₂O₂ -> 2C₆H₆O + 2CO₂) par l'eau oxygénée a alors lieu et mène à la formation de dioxetanedione. Ce phénomène n'émet pas de lumière mais, le surplus d'énergie chimique qu'il contient est diffusé en un colorant. Ce mélange est alors excité et produit des photons. Les bâtons lumineux sont spécialement utilisés en spéléologie pour aider a retrouver des naufragés. Les pompiers l'utilisent aussi en présence de gaz inflammable et on les utilisent mêmeen plongée sous-marine.

Criminologie
On utilise aussi le luminol pour découvrir des taches de sang sur les lieux d'un crime, par exemple, même s'il y en a peu et que le sang est sec. Sur des traces de sang, le luminol réagit avec les ions de fer des globules rouges et celui-ci émettra donc de la lumière, ce qui rendra les traces de sang phosphorescentes* .

En conclusion, nous avons démontré l'importance de la chimioluminescence de nos jours, nous avons aussi parlé de l'état de transition d'une réaction et de la dynamique de processus chimiques. Avec tout ça, on peut maintenant ce demander qu’est-ce que la chimioluminescence peut nous apporter de plus... Peut-être une nouvelle façon de concevoir l'éclairage moderne?

Phosphorescence: Propriété que présentent quelques corps d'émettre de la lumière de façon durable après avoir été excités.

Spectroscopie: Étude des spectres d'ondes électromagnétiques, principalement des spectres en lumière visible.


Bibliographie

«spectroscopie». Encyclopédie Microsoft Encarta 98 [CD-ROM]. Microsoft Corporation, 1998.

Cartage. (Page consultée le 30 janvier 2003). Polanyi John Charles, [En ligne]. Adresse URL: http://www.cartage.org.lb/fr/themes/Biographies/mainbiographie/P/Polanyi/Polanyi.htm

Clovis DARRIGAN. (Page consultée le 26 février 2003). La lumière liquide, [En ligne]. Adresse URL: http://www.univ-pau.fr/~darrigan/chimie_amusante/exp20.html

GCS research Society. (Page consultée le 1 février 2003). Science.ca Profile: John Charles Polanyi, [En ligne]. Adresse URL: http://www.science.ca/scientists/scientistprofile.php?pID=16

Isik’s site. (Page consultée le 30 janvier 2003). Polanyi, John Charles(1929-), Chimiste canadien, [En ligne]. Adresse URL: http://isimabomba.free.fr/biographies/chimistes/polanyi.htm

Université de Toronto. (Page consultée le 29 janvier 2003). GASEOUS REACTION DYNAMICS BY MEASUREMENT OF STATE-SPECIFIED RATES, [En ligne]. Adresse URL: http://www.utoronto.ca/jpolanyi//science/science4.html

Recherche : Karl Poulin et Marie-Lise Landreville, Sherbrooke (Québec), CANADA.
Validation du contenu : Marc Richard
Révision linguistique : Béatrice Migneault

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