В каплях воды при конденсации образуется перекись водорода
Существует мнение, что химические процессы, происходящие с водой, ограничиваются её диссоциацией на ионы гидроксония H3O+ и гидроксила OH- при комнатной температуре. Однако американские учёные из Стэнфордского университета вдобавок выяснили, что при распылении микрокапель воды образуется пероксид водорода, но объяснить это явление они не смогли. Химики выдвинули несколько гипотез, среди которых был трибоэлектрический эффект, асимметричное разделение зарядов, контактная электризация и окисление воды вследствие поверхностного электрического потенциала на границе с воздухом.
В продолжение исследований учёные рассмотрели конденсацию капель на охлаждённые подложки, собрав камеру с контролируемой влажностью и температурой подложки, которая охлаждалась с помощью элемента Пельтье, а за процессом конденсации наблюдали в оптический микроскоп. В качестве первичной подложки была выбрана кремниевая пластина с низкой электропроводностью и высокой теплопроводностью. Пластину выдерживали при температуре в 3,5 градуса Цельсия при относительной влажности в 55%. За минуту на её поверхности образовались микрокапли жидкости.
Чтобы проверить в них наличие перекиси, ученые добавили их к раствору 4-карбоксифенилбороновой кислоты. Масс-спектрометрия указала на протекание реакции с образованием борной и 4-гидроксибензойной кислот. Концентрация перекиси в растворе составила 68 микромолей на литр. Чем дольше ученые выдерживали пластину, тем больше на ней конденсировалась воды. Чтобы проверить, появляется ли перекись только на кремниевой подложке, учёные взяли тефлон, стеклянную пластину и полированный медный лист. На каждой поверхности они обнаружили перекись, однако на кремниевой подложке её выделилось больше всего.
Для проверки влияния поверхности подложки на появление перекиси поверхность кремния доработали тремя способами: нанесли на поверхность гидрофобное вещество (1,7-дихлоро-октаметилтетрасилоксан), обработали её кислородной плазмой и протравили лазером. На гидрофобной поверхности вода осаждается медленнее, поэтому перекиси в течение двух минут конденсации воды выделялось меньше, чем у необработанного кремния. Обработанная кислородной плазмой поверхность впитала воду, что не позволило уловить малые концентрации пероксида водорода. Протравленная поверхность кремния усилила её изначальные свойства: конденсация воды ускорилась, максимум выработки перекиси наблюдался при 30 секундах выдержки.
Учёные также проверили влияние влажности воздуха, освещённости камеры и температуру подложки. При 40% относительной влажности концентрация перекиси была в четыре раза меньше, чем при 55 и 70 процентах. Излучение света не повлияло на образование перекиси, а больше всего её образовывалось при температуре в 3,5 градуса Цельсия. Таким образом, образование перекиси в капельках воды происходит не только в лабораторных условиях, но и при вполне распространённых.
Причину этого явления учёные объяснить так и не смогли. Капли, в которых образуется пероксид водорода, были не более десяти микрометров размером. Предположительно, перекись могла появляться из-за радикалов OH, которые образуются из-за двойного электрического слоя между водой и воздухом. Химики считают, что исследование может помочь с синтезом пероксида водорода «на месте» для очистки и обеззараживания поверхности.
