Em sua forma líquida a granel, seja em uma banheira ou no oceano, a água é uma substância relativamente benigna com pouca atividade química. Mas na escala de pequenas gotas, a água pode se tornar surpreendentemente reativa, Pesquisadores de Stanford descobriram.

Em microgotículas de água, apenas milionésimos de metro de largura, uma porção do H ₂ O moléculas presentes podem se converter em um primo químico próximo, peróxido de hidrogênio, H ₂ O ₂ , um produto químico forte comumente usado como desinfetante e agente de branqueamento do cabelo.

Os cientistas de Stanford relataram pela primeira vez esse comportamento inesperado em microgotículas de água pulverizadas à força no ano passado. Agora em um novo estudo, a equipe de pesquisa mostrou que a mesma transformação Jekyll-and-Hyde acontece quando microgotículas simplesmente se condensam do ar em superfícies frias. Os novos resultados sugerem que a transformação do peróxido de hidrogênio da água é um fenômeno geral, ocorrendo em nevoeiros, névoas, gotas de chuva e em qualquer outro lugar, microgotículas se formam naturalmente.

A descoberta surpreendente pode levar a métodos mais ecológicos para desinfetar superfícies ou promover reações químicas. "Mostramos que o processo de formação de peróxido de hidrogênio em gotículas de água é um fenômeno generalizado e surpreendente que está acontecendo bem debaixo de nossos narizes, "disse o autor sênior do estudo, Richard Zare, a Marguerite Blake Wilbur Professora em Ciências Naturais e professora de Química na Stanford School of Humanities and Sciences.

Os pesquisadores também especulam que esta capacidade química recém-reconhecida da água poderia ter desempenhado um papel fundamental no início da química para a vida na Terra bilhões de anos atrás, bem como produziu o primeiro oxigênio atmosférico do nosso planeta antes do surgimento da vida. "Esta produção espontânea de peróxido de hidrogênio pode ser uma parte que falta na história de como os blocos de construção da vida foram formados no início, "Zare disse.

Os co-autores principais do novo estudo, publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences , são os cientistas da equipe de Stanford, Jae Kyoo Lee e Hyun Soo Han.

Junto com Zare e outros colegas de Stanford, Lee e Han fizeram a descoberta inicial da produção de peróxido de hidrogênio em microgotículas de água no ano passado. Alguns pesquisadores externos que analisaram os resultados do estudo estavam céticos, Zare disse, que tal fenômeno potencialmente comum poderia ter permanecido desconhecido por tanto tempo. Houve também um debate sobre como o peróxido de hidrogênio realmente se formaria.

"O argumento era que as pessoas estudam aerossóis de água há anos, e, claro, a água é onipresente e tem sido intensamente estudada desde o início da ciência moderna, então, se esta formação de peróxido de hidrogênio em microgotículas fosse real, certamente alguém já teria visto, "disse Zare." Isso nos levou a querer explorar mais o fenômeno, para ver em que outras circunstâncias isso pode ocorrer, e também aprenda mais sobre a química fundamental em curso. "

Microgotículas feitas de outra maneira

Zare e colegas decidiram investigar a condensação, um cenário onde as microgotículas se formam facilmente naturalmente, sem o auxílio de uma força externa, como um instrumento nebulizador. A condensação ocorre quando o vapor de água (gás) na transição do ar para um líquido ao entrar em contato com uma superfície mais fria; por exemplo, quando o espelho do banheiro embaçar depois de um banho.

A equipe de Stanford condensou água em vários materiais resfriados, incluindo silício, copo, plástico e metal. Os pesquisadores então limparam uma tira de teste que muda de cor na presença de peróxido de hidrogênio sobre a água condensada. Com certeza, a faixa ficou azul. O menor, ainda assim, as quantidades detectáveis ​​de peróxido de hidrogênio (na ordem de partes por milhão) que se formaram variaram com base em fatores como a temperatura da superfície e a umidade relativa na câmara de teste. Os pesquisadores também observaram que o peróxido de hidrogênio formado nas microgotículas se diluiu conforme o tamanho das gotículas de água aumentava, o que pode explicar por que essa transformação química foi negligenciada por tanto tempo.

Os novos experimentos também apóiam a hipótese inicial dos pesquisadores sobre como o peróxido de hidrogênio estava se formando. Eles demonstraram que um forte campo elétrico gerado na interface da água e do ar, bem na periferia da microgotícula, parece ativar as moléculas de água, formando várias espécies ditas reativas de oxigênio. Essas espécies são fragmentos moleculares instáveis ​​que podem reagir rapidamente com outras moléculas para produzir peróxido de hidrogênio.

Um processo sempre conosco e bem antes de nós

Química desse tipo no nível das microgotículas poderia ter potencializado a transição química da não-vida para a vida na Terra há mais de quatro éons atrás, Zare disse. A origem da vida tem uma espécie de dilema do ovo ou da galinha, onde as moléculas de catalisador que aceleram as reações químicas, e que parecem necessárias para impulsionar a química da vida, requerem a própria vida para fazer as moléculas de catalisador em primeiro lugar. Mas a criação natural de peróxido de hidrogênio poderia, em vez disso, ter promovido reações que levaram aos blocos de construção moleculares que finalmente se reuniram em complexos, entidades auto-replicantes.

Zare especula que essa reação química antiga e generalizada poderia ter fornecido uma fonte de oxigênio para os primeiros anos de vida (já que o peróxido de hidrogênio se decompõe em água e moléculas de oxigênio) antes do aparecimento de organismos que poderiam produzir oxigênio por meio da fotossíntese.

A equipe de Zare está investigando como a produção de peróxido de hidrogênio por meio de microgotículas pode ser aproveitada para fins de limpeza e desinfecção. Uma possibilidade intrigante, Zare sugere, está usando microgotículas e seu assistente H ₂ O ₂ para eliminar o SARS-CoV-2 (o vírus que causa o COVID-19) das superfícies.

"Com este novo estudo e nosso trabalho contínuo, estamos explicando como e por que as gotículas de água são tão diferentes da água em termos de reatividade química, "disse Zare." É incrível em termos de química, a água ainda tem alguns truques na manga. "