Водные микрокапли самопроизвольно образуют перекись водорода
Перекись водорода является важным коммерческим и промышленным химическим веществом, чаще всего производимым с использованием экологически неблагоприятного процесса
Вода находится повсюду на Земле, но до сих пор скрывает свои секреты. Ученые сообщают, что ее последний сюрприз состоит в том, что микроскопические капли воды самопроизвольно образуют перекись водорода.
По словам Ричарда Заре, профессора химии в Стэнфордской школе гуманитарных и естественных наук, открытие может проложить путь к более экологичным способам производства обычного отбеливающего вещества и дезинфицирующего средства.
«Вода является одним из наиболее часто встречающихся материалов, и ее изучали в течении многих лет, и вы могли бы подумать, что больше ничего нового не узнать об этой молекуле. Но вот еще один сюрприз», — сказал Ричард Заре.
Открытие было сделано по счастливой случайности, когда Заре и его лаборатория изучали новый, более эффективный способ создания золотых наноструктур в крошечных капельках воды, известных как микрокапли. Чтобы сделать эти структуры, команда ученых добавила дополнительную молекулу, называемую восстановителем. В качестве контрольного теста Заре предложил посмотреть, могут ли они создать золотые наноструктуры без восстановителя. Теоретически это должно было быть невозможно, но в этом случае сработало, намекая на еще не обнаруженную особенность химии микрокапель.
Команда исследователей в конечном итоге проследила эти результаты до наличия молекулы, называемой гидроксилом — одного атома водорода в паре с атомом кислорода — который также может действовать как восстановитель. Этот столь неожиданный результат заставил Кэтрин Уолкер, в то время аспиранта в лаборатории Заре, задуматься о том, присутствует ли также пероксид водорода — молекула с двумя атомами водорода и двумя атомами кислорода.
Чтобы выяснить это, исследователи провели серию тестов, самый простой из которых заключался в разбрызгивании микрокапель чистой воды на поверхность, обработанную так, чтобы она стала синей в присутствии перекиси водорода — и она стала синей. Дополнительные испытания подтвердили, что водные микрокапли самопроизвольно образуют перекись водорода, и что более мелкие микрокапли производят более высокие концентрации молекулы, и что перекись водорода не теряется, когда микрокапельки рекомбинируют в объемную воду.
Исследователи исключили ряд возможных объяснений, прежде чем прийти к тому, что, как они утверждают, является наиболее вероятным объяснением присутствия перекиси водорода. Они предполагают, что сильное электрическое поле вблизи поверхности микрокапель воды в воздухе приводит к тому, что молекулы гидроксила связываются с перекисью водорода.
По словам Ричарда Заре, хотя результаты и являются чем-то вроде научного любопытства, они могут иметь важные практические последствия. Перекись водорода является важным коммерческим и промышленным химическим веществом, чаще всего производимым с использованием экологически неблагоприятного процесса. Новое открытие может помочь сделать эти методы более экологичными, сказал Заре, и это может привести к более простым способам дезинфекции поверхностей — достаточно просто разбрызгивать водные микрокапли на столе или полу, чтобы их очистить.
Jae Kyoo Lee el al., «Spontaneous generation of hydrogen peroxide from aqueous microdroplets, » PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1911883116