La recherche révèle les fondements chimiques de la façon dont l'eau bénigne peut se transformer en peroxyde d'hydrogène agressif

La recherche révèle les fondements chimiques de la façon dont l’eau bénigne peut se transformer en peroxyde d’hydrogène agressif

Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public

Une nouvelle étude a renforcé une genèse chimique remarquable et inattendue.

En 2019, des chercheurs et des collègues de l’Université de Stanford ont révélé la découverte surprenante que le peroxyde d’hydrogène, une substance caustique utilisée pour désinfecter les surfaces et décolorer les cheveux, se forme spontanément dans des gouttelettes microscopiques d’eau ordinaire et bénigne. Depuis lors, les chercheurs ont entrepris de développer la manière dont la nouvelle réaction se produit, ainsi que d’explorer des applications potentielles, telles que des méthodes de nettoyage plus écologiques.

La dernière étude a révélé que lorsque des gouttelettes d’eau pulvérisées frappent une surface solide, un phénomène connu sous le nom d’électrification de contact se produit. La charge électrique saute entre les deux matériaux, liquide et solide, produisant des fragments moléculaires instables appelés espèces réactives de l’oxygène. Des paires de ces espèces connues sous le nom de radicaux hydroxyle et ayant la formule chimique OH peuvent se combiner pour former du peroxyde d’hydrogène, HdeuxSOITdeuxen quantités infimes mais détectables.

La nouvelle étude a en outre montré que ce processus se produit dans des environnements humides lorsque l’eau touche les particules du sol et les particules fines dans l’atmosphère. Ces découvertes supplémentaires suggèrent que l’eau peut être transformée en petites quantités d’espèces réactives de l’oxygène, telles que le peroxyde d’hydrogène, partout où des microgouttelettes se forment naturellement, y compris dans les brouillards, les brumes et les gouttes de pluie, renforçant les résultats d’une étude connexe de 2020.

“Nous avons maintenant une réelle compréhension que nous n’avions pas auparavant sur la cause de cette formation de peroxyde d’hydrogène”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Richard Zare, professeur de sciences naturelles Marguerite Blake Wilbur et professeur de chimie à la Stanford School. des sciences humaines et des sciences. “De plus, il semble que l’électrification par contact produisant du peroxyde d’hydrogène soit un phénomène universel aux interfaces eau-solide.”

Zare a dirigé ce travail, en collaboration avec des chercheurs de deux universités chinoises, l’Université de Jianghan et l’Université de Wuhan, ainsi que l’Académie chinoise des sciences. L’étude a été publiée le 1er août dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (SIESTE).

Aux origines du peroxyde d’hydrogène

Pour l’étude, les chercheurs ont construit un appareil en verre avec des canaux microscopiques dans lesquels de l’eau pouvait être injectée de force. Les canaux formaient une frontière solide et étanche. Les chercheurs ont perfusé l’eau avec un colorant fluorescent qui brille en présence de peroxyde d’hydrogène. Une expérience a montré la présence du produit chimique agressif dans le canal microfluidique en verre, mais pas dans un échantillon en vrac d’eau qui contenait également le colorant. D’autres expériences ont montré que le peroxyde d’hydrogène se formait rapidement, en quelques secondes, à la frontière entre l’eau et le solide.

Pour mesurer si l’atome d’oxygène supplémentaire dans le peroxyde d’hydrogène (HdeuxSOITdeux) provenait d’une réaction avec le verre ou dans l’eau (HdeuxO), les chercheurs ont traité le revêtement de verre de certains canaux microfluidiques. Ces canaux traités contenaient un isotope plus lourd ou une version de l’oxygène, appelé oxygène-18 ou 18O. La comparaison du mélange post-réaction d’eau et de peroxyde d’hydrogène liquide des canaux traités et non traités a montré le signal de 18Ou dans le premier, ce qui implique que le solide est la source de l’oxygène dans les radicaux hydroxyles et, in fine, dans le peroxyde d’hydrogène.

Les nouvelles découvertes pourraient aider à résoudre une partie du débat qui fait rage dans la communauté scientifique depuis que les chercheurs de Stanford ont annoncé pour la première fois leur nouvelle détection de peroxyde d’hydrogène dans des microgouttelettes d’eau il y a trois ans. D’autres études ont souligné les principales contributions de la production de peroxyde d’hydrogène par le biais d’interactions chimiques avec le gaz ozone, O3, et un processus appelé cavitation, lorsque des bulles de vapeur apparaissent dans des zones de basse pression au sein de liquides accélérés. Zare a souligné que les deux procédés produisent également clairement du peroxyde d’hydrogène, et en quantités comparativement plus importantes.

“Tous ces processus contribuent à la production de peroxyde d’hydrogène, mais les présents travaux confirment que cette production est également intrinsèque à la façon dont les gouttelettes se forment et interagissent avec les surfaces solides via l’électrification par contact”, a déclaré Zare. .

Renverser les tables sur les virus respiratoires saisonniers

Déterminer comment et dans quelles situations l’eau peut être transformée en espèces réactives de l’oxygène, comme le peroxyde d’hydrogène, a beaucoup de connaissances et d’applications du monde réel, a expliqué Zare. L’une des plus convaincantes est la compréhension de la formation de radicaux hydroxyle et de peroxyde d’hydrogène en tant que facteur négligé dans la saisonnalité bien connue de nombreuses maladies respiratoires virales, y compris le rhume, la grippe et probablement le COVID-19 une fois que la maladie devient finalement complètement endémique.

Les infections respiratoires virales se propagent dans l’air sous forme de gouttelettes aqueuses lorsque les personnes malades toussent, éternuent, chantent ou parlent simplement. Ces infections ont tendance à augmenter en hiver et à diminuer en été, une tendance attribuée en partie au fait que les personnes passent plus de temps à l’intérieur et à proximité immédiate et contagieuse pendant la saison froide. Cependant, entre le travail, l’école et le sommeil nocturne, les gens finissent également par passer à peu près le même temps à l’intérieur pendant les mois chauds. Zare a déclaré que les résultats de la nouvelle étude offrent une explication possible de la corrélation entre l’hiver et davantage de cas de grippe : la variable clé au travail est l’humidité, la quantité d’eau dans l’air. En été, des niveaux d’humidité relative intérieure plus élevés, liés à une humidité plus élevée dans l’air chaud à l’extérieur, donnent probablement aux espèces réactives de l’oxygène dans les gouttelettes suffisamment de temps pour tuer les virus. En revanche, en hiver, lorsque l’air à l’intérieur des bâtiments se réchauffe et que l’humidité baisse, les gouttelettes s’évaporent avant que les espèces réactives de l’oxygène puissent agir comme désinfectant.

“L’électrification par contact fournit une base chimique pour expliquer en partie pourquoi il y a une saisonnalité dans les maladies respiratoires virales”, a déclaré Zare. Par conséquent, a ajouté Zare, les recherches futures devraient étudier tout lien entre les niveaux d’humidité intérieure dans les bâtiments et la présence et la propagation des contagions. Si les liens sont confirmés davantage, le simple fait d’ajouter des humidificateurs aux systèmes de chauffage, de ventilation et de refroidissement pourrait réduire la transmission des maladies.

« Adopter une nouvelle approche de la désinfection des surfaces n’est qu’une des grandes conséquences pratiques de ce travail impliquant la chimie fondamentale de l’eau dans l’environnement », a déclaré Zare. “Cela montre simplement que nous pensons en savoir beaucoup sur l’eau, l’une des substances les plus courantes, mais nous nous sentons honorés.”

Zare est également membre de Stanford Bio-X, du Cardiovascular Institute, du Stanford Cancer Institute, de Stanford ChEM-H, du Stanford Woods Institute for the Environment et du Wu Tsai Neuroscience Institute.


Des chimistes découvrent que des microgouttelettes d’eau produisent spontanément du peroxyde d’hydrogène


Plus d’informations:
Bolei Chen et al, L’électrification par contact eau-solide provoque la production de peroxyde d’hydrogène à partir de la recombinaison de radicaux hydroxyles dans des microgouttelettes pulvérisées, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2209056119

Fourni par l’Université de Stanford

Citation: La recherche révèle les fondements chimiques de la façon dont l’eau bénigne peut se transformer en peroxyde d’hydrogène agressif (2 août 2022) Récupéré le 2 août 2022 sur https://phys.org/news/2022-08-reveals-chemical-underpinnings-benign- dur .html

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