У водному конденсаті виявили перекис водню

Американські хіміки виявили, що в мікрокаплях води при конденсації утворюється перекис водню. Для цього вони охолоджували підкладки з кремнію, тефлону, скла і міді у вологому середовищі: незалежно від типу поверхні, перекис водню завжди з'являвся в конденсаті з максимальною концентрацією 68 мікромолів на літр. Імовірно, у всьому винні радикали OH, проте механізм реакції поки незрозумілий до кінця пишуть вчені в журналі.

Довгий час вважалося, що хімічні процеси, що проходять всередині води, обмежуються її дисоціацією на іони гідроксонію H₃O + і гідроксила O^H- при кімнатній температурі. Однак минулого року стенфордські хіміки під керівництвом Річарда Зорі (Richard Zare) виявили, що вода не така вже й стійка до окислення: при розпиленні мікрокапель води утворився пероксид водню - поширений агент для окислювально-відновлювальних реакцій. Тоді вони висунули кілька гіпотез, що пояснюють це явище: трибоелектричний ефект, асиметричний поділ зарядів, контактна електризація та окислення води внаслідок поверхневого електричного потенціалу на кордоні з повітрям.

У новій роботі вчені розглянули конденсацію крапель на охолоджені підкладки. Для цього вони зібрали камеру з контрольованою вологістю і температурою підкладки, яка охолоджувалася за допомогою елемента Пельтьє: за процесом конденсації дослідники спостерігали в оптичний мікроскоп.

Як первинну підкладку автори вибрали кремнієву пластину - у неї низька електропровідність (що важливо для чистоти експерименту) і висока теплопровідність. Пластину витримували при температурі в 3,5 градуса Цельсія при відносній вологості в 55 відсотків: за одну хвилину на її поверхні утворилися мікрокаплі рідини.

Щоб перевірити наявність перекису в таких краплях, вчені додали їх до розчину 4-карбоксифенілборонової кислоти: мас-спектрометрія вказала на протікання реакції з утворенням борної та 4-гідроксибензойної кислот. Далі, щоб оцінити концентрацію перекису водню в крапельках вчені фотометрично відтитрували оксалат титанилу калію: концентрація перекису склала 68 мікромолів на літр (тобто всього 2,3 частинки на мільйон частинок води). Чим довше вчені витримували пластину, тим більше на ній конденсувалася води - а у великих краплях виявлені значення концентрації перекису невловимі.

Щоб перевірити, чи з'являється перекис тільки на кремнієвій підкладці, вчені взяли інші матеріали - тефлон, скляну пластину і полірований мідний лист. На кожній поверхні вони виявили перекис, однак на кремнієвій підкладці її виділилося найбільше. Для більш точної перевірки впливу поверхні підкладки на появу перекису хіміки модифікували поверхню кремнію трьома способами: нанесли на поверхню гідрофобну речовину (1,7-дихлоро-октаметилтетрасилоксан), обробили її кисневою плазмою і протравили лазером.

На гідрофобній поверхні вода облагається повільніше, а тому перекису протягом двох хвилин конденсації води виділялося менше, ніж у необробленої поверхні кремнію. Оброблена кисневою плазмою поверхня - гідрофільна: вона відразу ввібрала в себе з повітря воду, що не дозволило вловити малі концентрації пероксиду водню. Протравлена поверхня кремнію посилила її початкові властивості, які були переважно гідрофільними: конденсація води на таку поверхню прискорилася, максимум вироблення перекису спостерігався при 30 секундах витримки (проти двох хвилин у початковому експерименті).

Також вчені перевірили вплив вологості повітря, освітленості камери і температуру підкладки. При 40 відсотках відносної вологості концентрація перекису була вчетверо меншою, ніж при 55 і 70 відсотках. Випромінювання світла не вплинуло на утворення перекису водню, а найбільше H₂O₂ утворювалося при спочатку підібраній температурі в 3,5 градуса Цельсія.

Утворення перекису в крапельках води, таким чином, відбувається не тільки в лабораторних умовах, але і при цілком поширених. Вчені не змогли встановити правдоподібну причину такого явища, проте припустили, що справа може бути в процесах нуклеації і зростання крапель на поверхні підкладки. При цьому краплі, в яких утворюється пероксид водню, були не більше десяти мікрометрів.

Автори так само вважають, що у всьому можуть бути винні радикали OH, які утворюються через подвійний електричний шар між водою і повітрям (не так давно, китайські вчені виявили на кордоні між водою і маслом електричне поле з напруженістю в 10⁷ вольт на сантиметр). Дослідники вважають, що їх знахідка допоможе з синтезом пероксиду водню, який і при невеликих концентраціях зможе очистити і знезаразити поверхню.

Те, що у воді є перекис водню, може трохи налякати: все ж велика і середня концентрації перекису можуть нашкодити людському організму. Як з'ясували п'ять років тому сінгапурські й американські вчені, деякі штами пневмокока виділяють пероксид водню в клітини епітелію легенів, який викликає двозначний розрив ДНК. Варто врахувати, однак, що в питній воді концентрація перекису водню дуже мала - і людині нашкодити не може.