Diese Website verwendet Cookies und ähnliche Technologien, um ihre Dienste bereitzustellen, die Leistung zu analysieren und zu verbessern und personalisierte Inhalte und Werbung bereitzustellen.Informationen über Ihre Nutzung dieser Website werden mit Google und anderen Drittanbietern geteilt.Lesen Sie unsere Datenschutzerklärung.Von Tom Cozens 2022-02-07T14:18:00+00:00Wissenschaftler in Saudi-Arabien haben eine neue Erklärung dafür geliefert, wie sich Wasserstoffperoxid in Wassermikrotröpfchen bildet, die durch Sprühen und Kondensieren entstehen.1 Unter der Leitung von Himanshu Mishra an der King Abdullah University of Science and Technology (Kaust) entwarf die Gruppe eine Reihe von Experimenten, um dies zu zeigen dass Wassermikrotröpfchen ohne die Aufnahme und chemische Umwandlung von Ozon kein Wasserstoffperoxid produzieren können.Indem sie den zugrunde liegenden Mechanismus der Wasserstoffperoxidproduktion aufdecken, hoffen sie, dass ihre Arbeit dazu beitragen wird, die jüngsten Spekulationen über dieses einzigartige Verhalten von Wasser zu klären.Trotz seiner Allgegenwart in der Natur und im Labor werden die Eigenschaften von Wasser weiterhin intensiv untersucht.Einschränkungen bei aktuellen experimentellen und Computermodellierungsansätzen haben die Untersuchung der komplexen Luft-Wasser-Grenzfläche in Wassermikrotröpfchen zu einer besonderen Herausforderung gemacht.Als eine Studie2 von Richard Zare und Kollegen von der Stanford University aus dem Jahr 2019 vorschlug, dass sich Wasserstoffperoxid spontan an der Luft-Wasser-Grenzfläche in Wassermikrotröpfchen bildet, waren die Wissenschaftler erstaunt und verwirrt.Wie könnten die starken O-H-Bindungen, aus denen Wassermoleküle bestehen, unter Standardbedingungen aufbrechen, ohne einen Katalysator oder eine externe Energiezufuhr zu verwenden?Neben mehreren möglichen Erklärungen schlug die Gruppe vor, dass elektrische Felder an der Wasseroberfläche dafür verantwortlich sein könnten.Nach dieser Erklärung werden Wassermoleküle in Gegenwart starker elektrischer Felder ionisiert, um Hydroxidradikale zu bilden, die sich dann zu Wasserstoffperoxid rekombinieren.Nachdem ein scheinbar neues Verhalten von Wasser aufgedeckt worden war, machten sich Wissenschaftler daran, dieses Phänomen genauer zu untersuchen.Nayara Musskopf (links) und Adair Gallo Jr. (rechts) verwendeten eine breite Palette von Experimenten, um den Ursprung der Wasserstoffperoxidbildung in Wassermikrotröpfchen zu untersuchenDie Kaust-Forscher untersuchten zunächst den Wasserstoffperoxidgehalt von Wasser-Mikrotröpfchen, die durch Sprühen und Kondensieren entstanden sind.Unter Verwendung von Versuchsaufbauten, die auf der ursprünglichen Stanford-Studie basierten, war Mishras Team überrascht, ungefähr 115-mal und 30-mal niedrigere Wasserstoffperoxidkonzentrationen zu finden als diejenigen, die in den Kondensations- bzw. Sprühexperimenten der Zare-Gruppe beobachtet wurden.Um diese Ergebnisse zu erklären, entwarfen sie eine Reihe von Experimenten, um alternative Erklärungen für die Bildung von Wasserstoffperoxid zu untersuchen.Durch eine Mischung aus experimentellen und rechnerischen Ansätzen schloss die Gruppe zunächst die Beiträge von Verdunstungskonzentration und mechanischen Schwingungen aus.Obwohl festgestellt wurde, dass beide eine Rolle spielen, kam die Gruppe zu dem Schluss, dass keines der beobachteten Konzentrationen von Wasserstoffperoxid erklären konnte.Das Team erzielte einen entscheidenden Durchbruch, als es seine Experimente in Gegenwart eines Ozongenerators durchführte, wo es herausfand, dass die Wasserstoffperoxidkonzentration zum ersten Mal 30 μM überstieg.„Uns gingen irgendwie die Ideen aus“, gibt Adair Gallo Jr., Mitglied des Kaust-Teams, zu. „Also wandten wir uns unserem Setup zu, das sich in einem Handschuhfach befand – im Grunde eine saubere Atmosphäre.Wir dachten, da muss doch irgendein geografischer Unterschied im Spiel sein.“„Nachdem wir unseren ersten Versuch abgeschlossen und festgestellt hatten, dass Ozon ein beitragender Faktor sein könnte, beschlossen wir, tiefer zu suchen – was war der Unterschied zwischen Kaust und Kalifornien?Wir haben in der Tat festgestellt, dass Kalifornien im Allgemeinen ein sehr verschmutzter Ort ist und die Ozonkonzentrationen dort hoch sind“, erklärt Teamkollegin Nayara Musskopf."Das hat uns wirklich dazu inspiriert, Experimente zu entwickeln, um zu bestätigen, dass atmosphärische Ozonkonzentrationen Wasserstoffperoxid in Mikrotröpfchen erzeugen könnten."Quelle: © Heno Hwang/KaustGlovebox-Experimente zeigten, dass die Wasserstoffperoxidbildung in Wassermikrotröpfchen am empfindlichsten auf die Ozonkonzentration in der Luft reagierteDurch die Durchführung von Glovebox-Experimenten mit Ozonkonzentrationen im Bereich von 2–4900 ppb stellte die Gruppe fest, dass die Wasserstoffperoxidbildung extrem empfindlich auf die Ozonkonzentration reagierte und dass Wasserstoffperoxid in Abwesenheit von Ozon weder in Sprays noch in Kondensaten jeglicher Größe nachweisbar war.Anhand dieses Ergebnisses bestätigte die Gruppe, dass die Wasseroberfläche nicht in der Lage ist, spontan Wasserstoffperoxid zu produzieren, wie zuvor vermutet wurde.Das Kaust-Team kam zu dem Schluss, dass sich Wasserstoffperoxid aus der Aufnahme und wässrigen Zersetzung von Ozon bilden muss und dass die höheren atmosphärischen Ozonwerte in Kalifornien zu den höheren Wasserstoffperoxidkonzentrationen führten, die in den Experimenten der Zare-Gruppe beobachtet wurden.„Diese Experimente liefern wertvolle Einblicke in die Rolle, die die Luft-Wasser-Grenzfläche in der Chemie von Wassermikrotröpfchen spielt, und zeigen, dass die Bildung von Wasserstoffperoxid aus Spuren von Ozon in der umgebenden Atmosphäre resultieren kann“, kommentiert Manuel Ruiz-Lopez, ein Experte in wässrigen Grenzflächen an der Universität Lothringen, Frankreich."Um die beteiligten Mechanismen vollständig zu verstehen, sollten zukünftige Studien jedoch die Affinität von Ozon und anderen reaktiven Sauerstoffspezies zur Wasseroberfläche berücksichtigen und die potenziell wichtigen Auswirkungen der Grenzfläche auf die Reaktionsdynamik und Thermodynamik bewerten."Diese Artikel sind Open Access1 Gallo Jr. et al., Chem. Soc.Sci., 2022, DOI: 10.1039/d1sc06465g2 JK Lee et al., Proc.Natl.Akad.Wissenschaft.USA, 2019, 116, 19294 (DOI: 10.1073/pnas.1911883116)Licht kann in Aerosolen „Hot Spots“ erzeugen, die die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen„Quantum Phase Control“ verstärkt die Reaktion zwischen Chlor und einfach deuteriertem Methan bei UmgebungstemperaturUS-Forscher entdecken, dass mikroskopisch kleine Wassertröpfchen spontan Wasserstoffperoxid erzeugenNeue Einblicke in die Ursprünge der Homochiralität weisen auf die Anpassung an Energiequellen als Treiber hinDamit maschinelle Lernalgorithmen genaue Ertragsvorhersagen machen können, müssen Chemiker damit beginnen, mehr Reaktionen mit geringer Ausbeute zu melden und implizierte experimentelle Details zu erläuternLuftproben zeigten eine Anstiegsrate, die über die erwarteten natürlichen Schwankungen hinausgeht© Royal Society of Chemistry Registrierte Wohltätigkeitsorganisation: 207890Website betrieben von Webvision Cloud