Преобразование воды в перекись водорода при конденсации

Сильное электрическое поле, создаваемое на границе раздела воды и воздуха, прямо на периферии микрокапли, предположительно, активирует молекулы воды, образуя различные так называемые активные формы кислорода. Эти частицы представляют собой нестабильные молекулярные фрагменты, которые могут вступать в реакцию с другими молекулами, образуя перекись водорода

В своей объемной жидкой форме, будь то в ванной или в океане, вода представляет из себя относительно безвредное вещество с небольшой химической активностью. Но в виде крошечных капелек она может стать на удивление реактивной.

В микрокаплях воды размером всего миллионные доли метра часть присутствующих молекул H₂O может преобразовываться в родственное химическое соединение, перекись водорода - H₂O₂ - агрессивное вещество, обычно используемое в качестве дезинфицирующего средства или отбеливателя для волос.

Исследователи показали, что преобразование воды в перекись водорода - это обычное явление, происходящее в тумане, когда идет дождь и везде, где образуются микрокапли естественным образом. Это удивительное открытие может привести к созданию более экологичных методов дезинфекции поверхностей или использоваться для стимулирования химических реакций. Исследователи также предполагают, что эта химическая способность воды могла произвести первый атмосферный кислород на нашей планете до того, как появилась жизнь.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences [1].

Некоторые другие ученые, ознакомившись с результатами представленной работы, скептически относились к тому, что такое, как оказалось, распространенное явление могло оставаться незамеченным так долго. «Аргумент состоял в том, что люди изучают водные аэрозоли и саму воду с момента зарождения современной науки, поэтому, если бы этот процесс был реальным, наверняка кто-то уже бы его открыл».

Микрокапли ведут себя по-другому

Было решено исследовать конденсацию, сценарий, при котором микрокапли легко образуются естественным образом, без помощи внешней силы, такой как небулайзер. Конденсация происходит, когда водяной пар (газ) в воздухе переходит в жидкость при контакте с более холодной поверхностью, например, когда зеркало в ванной запотевает во время принятия душа.

Вода была сконденсирована на поверхности нескольких охлажденных материалов, включая кремний, стекло, пластик и металл. Затем поверхности протерли индикаторной бумагой, которая меняет цвет в присутствии перекиси водорода. Она стала синей. Небольшое, но заметное количество перекиси водорода (порядка миллионных долей) варьировалось в зависимости от таких факторов, как температура поверхности и относительная влажность в испытательной камере. Исследователи также отметили, что концентрация перекиси водорода, образующейся в микрокаплях, уменьшалась по мере увеличения их размера, что может объяснить, почему это химическое преобразование так долго не обнаруживалось.

Эксперименты также подтвердили первоначальную гипотезу исследователей о том, как образуется перекись водорода. Они продемонстрировали, что сильное электрическое поле, создаваемое на границе раздела воды и воздуха, прямо на периферии микрокапли, предположительно, активирует молекулы воды, образуя различные так называемые активные формы кислорода. Эти частицы представляют собой нестабильные молекулярные фрагменты, которые могут вступать в реакцию с другими молекулами, образуя перекись водорода.

«Эта работа объясняет, как и почему капли воды так заметно отличаются от воды большего объема с точки зрения химической активности». «Удивительно, что с точки зрения химии у воды все еще остаются какие-то неразгаданные тайны».

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1073/pnas.2020158117

Источник: Stanford University