自从陷入全球新冠大流行以来,我们可能更清楚地意识到,自己被微小的水滴包围着。在潮湿的空气中,或咳嗽、打喷嚏或说话时,这些微液滴可以携带各种微小颗粒,从污染到流感等病毒。
早在 2019 年,这些环境水微粒的基本化学性质就给我们带来过一个惊喜:研究人员发现,普通的、原本良性的水滴,会以某种方式自发形成少量但数量可观的过氧化氢(H2O2)。
没错!就是我们用来漂白头发或给伤口消毒的弱酸性物质:过氧化氢。
现在,一组研究人员发现,如果这种自发反应发生在接触固体表面时,它可能在流感的季节性中发挥作用。
斯坦福大学化学家理查德·查尔(Richard Zare)参与了上述两项发现,他说:“水是最常见的物质之一,我们自以为对它非常了解,但实际情况却让我们感到惭愧。”
在体积上,水是相当稳定的,但相比之下,把它分成微小的液滴似乎会彻底改变它的行为。
当物体缩小时,它们的相对体积比表面积减小得更快。这意味着一个微小的水滴暴露在周围环境中的分子比例要比玻璃杯、桶或湖里的分子比例大得多。
来自江汉大学的化学家陈伯雷和他的同事证实,正是在这个暴露的表面上,过氧化氢自主形成了。
利用一种在过氧化氢(H2O2)存在时会发光的染料,研究小组绘制了它在接触玻璃表面的液滴中发生的情况,发现它最集中在两种物质之间的界面处。研究人员证明,当液滴接触到包括土壤或悬浮在空气中的细粉尘在内的其他9种固体时,也会产生H2O2。
在之前的一项研究中,他们还表明,这是自然发生的,只是当水从空气中凝结到寒冷的表面时。过氧化氢(H2O2)含量会随湿度的增加而增加。
化学家理查德·查尔解释说:“接触带电产生过氧化氢,似乎是水—固界面上的普遍现象。”
为了弄清楚这些液滴从哪里偷走了多余的氧原子,研究人员用重氧同位素“18O”处理了玻璃表面。果然,液滴通过吸收玻璃表面的 18O 原子形成了过氧化氢,证实了附着在表面材料上的氢和氧的可激发元素“羟基自由基”是过氧化氢的来源。
随着酸的形成,研究团队还可以随着染料的发光增加,及时测量从固体流向地面的电流。
这证实了之前的研究结果,即电子交换发生在一个被称为“接触带电”的过程中,产生羟基自由基。
研究小组在他们的论文中写道,这当然不排除某些原材料可能由环境中的其他来源提供,例如臭氧 (O3)。但它确实证实了,仅需要水滴和固体表面即可。
化学家理查德·查尔说:“接触带电提供了一种化学基础,部分解释了为什么病毒性呼吸道疾病具有季节性。”
随着夏季温暖空气中的水分增加,携带少量过氧化氢,这可能是循环病原体需要处理的又一个障碍。相反,寒冷、干燥的冬季空气可能会给病毒一个小小的优势,让它们从一个打喷嚏的鼻子跳到另一个打喷嚏的鼻子。
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