空氣中的水蒸氣(氣體)在接觸較涼的表面時轉變為液體

2021-01-08 騰訊網

無論是在浴缸還是在海洋裡，水都是相對溫和的物質，幾乎沒有化學活性。但是史丹福大學的研究人員發現，當以極微小液滴的狀態存在時，水會出現令人驚訝的反應性。

在線度僅幾百萬分之一米的微滴水中，部分分子轉化為水更緊密的表親——過氧化氫(常用作消毒劑和頭髮漂白劑，刺激性的化學物質)。

史丹福大學的科學家去年首次報告了水分子的意外行為。現在，在新研究中，同一團隊已經表明，當微滴從空氣中冷凝到冷表面上時，也會發生同樣的變換。新的結果指出，水的過氧化氫轉化是普遍現象，發生在霧，薄霧，雨滴以及其他自然形成的微滴中。

這一令人驚訝的發現可能導致更綠色的表面消毒或促進化學反應的方法。擁有瑪格麗特·布萊克·威爾伯(Marguerite Blake Wilbur)自然科學教授和化學教授頭銜的資深作者Richard Zare說：「已經證明，在水滴中形成過氧化氫的過程是一個廣泛而令人驚訝的現象，一直就發生在我們的鼻子下面。」

研究人員還推測，這種新近認可的水化學能力可能在數十億年前推動地球生命化學的發展中發揮了關鍵作用，並且在生命出現之前就產生了最早的大氣氧。「過氧化氫的自發產生可能是關於原始生命的故事的一章。」

這項新研究的共同主要作者是史丹福大學的科研人員Jae Kyoo Lee和Hyun Soo Han ，論文發表在《美國國家科學院院刊》上。

凝結現象很容易自然形成，而無需藉助噴霧器之類的外力。當空氣中的水蒸氣(氣體)在接觸較涼的表面時轉變為液體，就是所謂的冷凝。如冬天的時候，帶著眼鏡進入室內，眼鏡上那層霜。

史丹福大學的團隊讓水汽在多種材料上冷凝，包括矽，玻璃，塑料和金屬。然後研究人員用一塊試紙擦拭冷凝水，如果上面含有過氧化氫，則試紙變色。結果，試紙條真變成了藍色。形成的微量過氧化氫(百萬分之一量級)含量基於諸如表面溫度和相對溼度等因素而變化。研究人員還指出，隨著水滴規模的增長，微滴中形成的過氧化氫會被稀釋，這也許可以解釋為什麼這種轉化長期以來被忽略了。

新實驗還支持了研究人員提出的過氧化氫形成的機制。他們證明，在水和空氣的界面處(在微滴的外圍)產生的強電場似乎激活了水分子，形成了所謂的活性氧。這些物質是不穩定的分子片段，可以與其他分子快速反應生成過氧化氫。

Zare推測，這種古老而廣泛的化學反應甚至可能在出現光合作用生物前，就為早期生命提供氧氣(因為過氧化氫分解成水和氧氣分子)。

Zare的團隊目前正在研究如何利用微滴-過氧化氫來進行清潔和消毒。

「通過這項新研究和長期的工作，我們正在解釋水滴如何以及為什麼在化學反應性方面與常態水如此不同。「從化學角度講，水仍然有很多小秘密，這是令人驚訝的。」

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