Вчені виявили, що перекис водню H2O2 може мимовільно утворюватися на поверхні невеликих водяних крапель, що суперечить поширеній думці про стабільність і хімічну інертність води. Відкриття може стати основою нових способів хімічного синтезу, методів очищення та обробки їжі, пишуть автори в статті, опублікованій в.
Вода зустрічається повсюдно на поверхні Землі, у верхніх шарах кори і атмосфері. Незважаючи на основну роль цієї сполуки для будь-яких відомих форм життя, багато фізичних і хімічних властивостей води поки залишаються без повноцінного теоретичного пояснення. Наприклад, деякі особливості льоду призвели до появи теорії, що вода - суміш двох різних рідин. Однак більш ретельні подальші експерименти не підтвердили цієї ідеї, оскільки вченим не вдалося виявити передбачувані фазові переходи.
Хімічна стабільність води вважається добре встановленим фактом. Однак частина молекул води постійно дисоціює на іони, тобто одна молекула втрачає протон, а інша приєднує його, в результаті чого виходять з'єднання ОН- і Н3О +, відповідно. За нормальних умов також існує ще одна близька до води пов'язана форма водню і кисню - перекис водню H2O2, яка зустрічається набагато рідше через нестабільність.
Хіміки з США і Південної Кореї під керівництвом Річарда Зорі (Richard Zare) зі Стенфордського університету описали результати експериментів, які суперечать думці про хімічну стійкість води. Вчені з'ясували, що в невеликих краплях води без будь-яких зовнішніх впливів утворюється перекис водню. Більш того, концентрація перекису зростала зі зменшенням крапель і знижувалася при додаванні чистого кисню.
Дослідники спочатку намагалися поліпшити методи синтезу золотих наночастинок в мікрокаплях води, але звернули увагу на аномальні результати, які говорили про нові властивості води в такому вигляді. Вони почали проводити досліди з різними комбінаціями параметрів. Найпростішим варіантом було розпилення мікрокапель розміром від 1 до 20 мікрон на індикаторну смужку, чий колір змінюється в присутності перекису.
Виявилося, що навіть чиста вода в разі розпилення на малі краплі забарвлює смужку. Автори підтвердили, що відбувається в краплях синтез альтернативними методами, в тому числі розщепленням (4-карбоксифеніл) борної кислоти на борну кислоту і гідроксибензойну кислоту, а також перетворенням фенілборної кислоти на феноли.
Також вчені проводили експерименти, в яких для розпилення використовувалися різні гази: сухе повітря, молекулярний азот і молекулярний кисень. Повітря і азот призводили до приблизно однакового утворення перекису в концентрації близько 30 мікромоль на літр (приблизно одна мільйонна), в той час як розпилення за допомогою кисню зменшило концентрацію.
Автори роблять висновок, що додатковий кисень з'являвся саме з води, а не розчинявся з навколишнього газу. Насичення води розчиненим киснем шляхом попереднього пробулькування газу протягом різного часу також призвело до зменшення концентрації перекису. Отже, розчинений кисень також ні при чому.
Хіміки пропонують кілька гіпотез, що пояснюють появу перекису: трибоелектричний ефект, асиметричний поділ зарядів, контактна електризація та окислення води внаслідок поверхневого електричного потенціалу на кордоні з повітрям. Автори називають останній варіант, в рамках якого перекис утворюється з двох гідроксилів, найбільш імовірним.
Отримані в даній роботі результати можуть стати в нагоді як для фундаментальних досліджень, так і в прикладних областях. Зокрема, подібний процес може бути відповідальний за утворення перекису в дощових краплях. Якщо в денний час за утворення перекису в краплях, швидше за все, відповідають фотохімічні реакції за участю озону, то перекис, що спостерігається в нічних дощах, може утворюватися саме завдяки малій величині деяких крапель.
З точки зору технологій відкриття може лягти в основу нових методів отримання перекису, яка є важливим комерційним і промисловим реактивом. В основному знайшли застосування окислювальні властивості перекису, яка розпадається з виділенням атомарного кисню. Перекис використовується як відбілювач, ракетне паливо (як окислювач, так і в однокомпонентному вигляді), каталізатор і в синтезі багатьох хімічних сполук, у тому числі ліків.
Висока реактивність перекису дозволяє робити з її допомогою в тому числі вибухонебезпечні суміші, про які ми нещодавно випустили тест. Про деякі варіанти використання перекису ми говорили з британським хіміком Гремом Хатчінгсом в інтерв'ю.