Um novo estudo colocou uma gênese química notável e inesperada em bases mais sólidas.
Em 2019, pesquisadores e colegas da Universidade de Stanford revelaram a surpreendente descoberta de que o peróxido de hidrogênio – uma substância cáustica usada para desinfetar superfícies e descolorir cabelos – se forma espontaneamente em gotículas microscópicas de água comum e benigna. Desde então, os pesquisadores têm como objetivo detalhar como ocorre a reação recém-descoberta, além de explorar possíveis aplicações, como métodos de limpeza mais ecológicos.

O último estudo revelou que quando microgotas de água pulverizadas atingem uma superfície sólida, ocorre um fenômeno conhecido como eletrificação de contato. A carga elétrica salta entre os dois materiais, líquido e sólido, produzindo fragmentos moleculares instáveis ​​chamados espécies reativas de oxigênio. Pares dessas espécies conhecidas como radicais hidroxila, e que têm a fórmula química OH, podem então se combinar para formar peróxido de hidrogênio, H₂ O₂ , em quantidades minúsculas, mas detectáveis.

O novo estudo demonstrou ainda que esse processo ocorre em ambientes úmidos, quando a água toca partículas do solo, bem como partículas finas na atmosfera. Essas descobertas adicionais sugerem que a água pode se transformar em pequenas quantidades de espécies reativas de oxigênio, como peróxido de hidrogênio, onde quer que microgotículas se formem naturalmente, inclusive em nevoeiros, névoas e gotas de chuva, reforçando os resultados de um estudo relacionado de 2020.

“Temos uma compreensão real agora que não tínhamos antes sobre o que está causando essa formação de peróxido de hidrogênio”, disse o autor sênior do estudo Richard Zare, professor de ciências naturais Marguerite Blake Wilbur e professor de química na Stanford School. de Humanidades e Ciências. “Além disso, parece que a eletrificação de contato produzindo peróxido de hidrogênio é um fenômeno universal em interfaces água-sólido”.

Zare liderou este trabalho, colaborando com pesquisadores de duas universidades na China, a Universidade de Jianghan e a Universidade de Wuhan, bem como a Academia Chinesa de Ciências. O estudo foi publicado em 1º de agosto na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNA).

Sobre as origens do peróxido de hidrogênio

Para o estudo, os pesquisadores construíram um aparelho de vidro com canais microscópicos onde a água poderia ser injetada à força. Os canais formavam um limite sólido de água hermética. Os pesquisadores perfundiram a água com um corante fluorescente que brilha na presença de peróxido de hidrogênio. Um experimento mostrou a presença do produto químico agressivo no canal microfluídico de vidro, mas não em uma amostra a granel de água que também continha o corante. Experimentos adicionais concluíram que o peróxido de hidrogênio se formou rapidamente, em questão de segundos, na fronteira entre a água e o sólido.

Para avaliar se o átomo de oxigênio extra no peróxido de hidrogênio (H₂ O₂ ) veio de uma reação com o vidro ou dentro da água (H₂ O), os pesquisadores trataram o revestimento de vidro de alguns canais microfluídicos. Esses canais tratados continham um isótopo ou versão mais pesada de oxigênio, apelidado de oxigênio-18 ou ¹⁸ O. A comparação da mistura pós-reação de água e fluido de peróxido de hidrogênio dos canais tratados e não tratados mostrou o sinal de ¹⁸ O no primeiro, implicando o sólido como fonte de oxigênio nos radicais hidroxila e, finalmente, no peróxido de hidrogênio.

As novas descobertas podem ajudar a resolver parte do debate que se seguiu na comunidade científica desde que os pesquisadores de Stanford anunciaram inicialmente sua nova detecção de peróxido de hidrogênio em microgotas de água há três anos. Outros estudos enfatizaram as principais contribuições da produção de peróxido de hidrogênio por meio de interações químicas com o gás ozônio, O₃ , e um processo chamado cavitação, quando bolhas de vapor surgem em áreas de baixa pressão dentro de líquidos acelerados. Zare apontou que ambos os processos também produzem peróxido de hidrogênio, e em quantidades comparativamente maiores.

“Todos esses processos contribuem para a produção de peróxido de hidrogênio, mas o presente trabalho confirma que essa produção também é intrínseca à forma como as microgotículas são feitas e interagem com superfícies sólidas por meio de eletrificação de contato”, disse Zare.

Virando a mesa sobre os vírus respiratórios sazonais

Determinar como e em quais situações a água pode se transformar em espécies reativas de oxigênio, como o peróxido de hidrogênio, tem uma série de insights e aplicações do mundo real, explicou Zare. Entre as mais convincentes está a compreensão da formação de radicais hidroxila e peróxido de hidrogênio como um contribuinte negligenciado para a bem conhecida sazonalidade de muitas doenças respiratórias virais, incluindo resfriados, gripes e provavelmente o COVID-19, uma vez que a doença se torna totalmente endêmica.

As infecções respiratórias virais são transmitidas no ar como gotículas aquosas quando as pessoas doentes tossem, espirram, cantam ou apenas falam. Essas infecções tendem a aumentar no inverno e diminuir no verão, uma tendência atribuída em parte às pessoas que passam mais tempo em ambientes fechados e em proximidade transmissível durante a estação fria. No entanto, entre o trabalho, a escola e o sono à noite, as pessoas acabam passando a mesma quantidade de tempo dentro de casa durante os meses de clima quente. Zare disse que as descobertas do novo estudo oferecem uma possível explicação de por que o inverno está correlacionado com mais casos de gripe:a principal variável no trabalho é a umidade, a quantidade de água no ar. No verão, os níveis relativos mais altos de umidade interna – ligados à umidade mais alta no ar quente do lado de fora – provavelmente facilitam as espécies reativas de oxigênio em gotículas com tempo suficiente para matar os vírus. Por outro lado, no inverno – quando o ar dentro dos edifícios é aquecido e sua umidade é reduzida – as gotículas evaporam antes que as espécies reativas de oxigênio possam atuar como desinfetantes.

“A eletrificação de contato fornece uma base química para explicar parcialmente por que há sazonalidade nas doenças respiratórias virais”, disse Zare. Assim, acrescentou Zare, pesquisas futuras devem investigar quaisquer ligações entre os níveis de umidade interna em edifícios e a presença e disseminação de contágios. Se as ligações forem confirmadas, simplesmente adicionar umidificadores aos sistemas de aquecimento, ventilação e refrigeração pode diminuir a transmissão de doenças.

"Adotar uma nova abordagem para desinfetar superfícies é apenas uma das grandes consequências práticas deste trabalho envolvendo a química fundamental da água no meio ambiente", disse Zare. "Isso só mostra que achamos que sabemos muito sobre a água, uma das substâncias mais comumente encontradas, mas ficamos humilhados."

Zare também é membro do Stanford Bio-X, do Cardiovascular Institute, do Stanford Cancer Institute, do Stanford ChEM-H, do Stanford Woods Institute for the Environment e do Wu Tsai Neurosciences Institute. + Explorar mais

Químicos descobrem que microgotas de água produzem peróxido de hidrogênio espontaneamente