Вода может спонтанно образовывать перекись водорода, и мы наконец-то понимаем, почему

С тех пор, как мы погрузились в глобальную пандемию, мы, вероятно, гораздо лучше осознаем, что нас окружают микрокапли воды. Во влажном воздухе или при кашле, чихании или разговоре эти капли могут нести с собой крошечные частицы, от загрязнения до вирусов, таких как грипп.

Еще в 2019 году базовый химический состав этих частиц воды из окружающей среды преподнес сюрприз: исследователи обнаружили, что обычные, в остальном безвредные капли воды могут каким-то образом спонтанно образовывать небольшие, но значительные количества перекиси водорода (H2О2).

Да, тем же слабокислым средством, которым мы отбеливаем волосы или дезинфицируем раны.

Теперь группа исследователей обнаружила, что спонтанная реакция возникает при контакте с твердыми поверхностями и может играть роль в сезонности гриппа.

«Мы думаем, что знаем так много о воде, одном из наиболее часто встречающихся веществ, но потом мы унижены», — говорит химик из Стэнфордского университета Ричард Зар, ​​принимавший участие в обоих открытиях.

В массе вода довольно стабильна, но разделение ее на крошечные капли, по-видимому, радикально меняет ее поведение по сравнению с ней.

По мере того, как объекты уменьшаются в размерах, их относительный объем уменьшается быстрее, чем их площадь поверхности. Это означает, что крошечная капля воды будет иметь гораздо большую долю своих молекул, подверженных воздействию окружающей среды, чем молекулы в стакане, ведре или озере.

Именно на этой открытой поверхности образуется перекись водорода, подтвердили химик Университета Цзянхань Болей Чен, Заре и его коллеги.

Использование красителя, который светится в присутствии H2О2 команда нанесла на карту его появление в каплях, контактирующих со стеклянной поверхностью, и обнаружила, что он наиболее сконцентрирован на границе раздела двух типов материи.

Исследователи продемонстрировали H2О2 был также произведен, когда капли коснулись девяти других твердых тел, включая почву или более мелкую пыль, плавающую в нашем воздухе.

В предыдущем исследовании они также показали, что это происходит естественным образом, просто когда вода конденсируется из воздуха на холодные поверхности. Более того, количество H2О2 увеличивается с влажностью.

«Похоже, что контактная электризация с образованием перекиси водорода является универсальным явлением на границах раздела вода-твердое тело», — объясняет Заре.

Чтобы выяснить, откуда капли крадут лишний атом кислорода, исследователи обработали поверхность стекла тяжелым изотопом кислорода. 18О.

Действительно, капли образовали перекись водорода, приняв поверхность стекла. 18Атомы O, подтверждающие, что источником были возбудимые элементы водорода и кислорода, называемые гидроксильными радикалами, прикрепленными к поверхностному материалу.

Когда образовалась кислота, Чен и его команда смогли также измерить электрический ток, протекающий от твердого тела к земле по мере усиления свечения красителя.

Это подтвердило результаты предыдущих исследований, которые предполагали, что обмен электронами происходит в процессе, называемом контактной электрификацией, создавая гидроксильные радикалы.

Это, конечно, не исключает того, что часть сырья может быть получена из других источников в окружающей среде, таких как озон (O3), пишет команда в своей статье. Но это подтверждает, что нужны только капли воды и твердая поверхность.

«Контактная электрификация обеспечивает химическую основу для частичного объяснения сезонности вирусных респираторных заболеваний», — говорит Заре.

Повышенная влажность теплого летнего воздуха, содержащего небольшое количество перекиси водорода, может стать еще одним препятствием для циркулирующих патогенов.

Напротив, прохладный и сухой зимний воздух может просто дать вирусам небольшое преимущество в перепрыгивании из одного сморкающегося носа в другой.

Это исследование было опубликовано в ПНАС.

.

Leave a Comment