Dłuższe życie atomów tlenu: nowe dane zaskakują naukowców
Naukowcy pod kierunkiem Braydena Myersa ze Swiss Plasma Center dokonali pomiaru, który wydawał się nierealny. Atomy tlenu utrzymują się w wodzie przez dziesiątki mikrosekund. Dla przeciętnego człowieka to mgnienie oka, ale w skali reakcji chemicznych to niemal wieczność. Dotychczasowe teorie zakładały, iż ten wyjątkowo reaktywny pierwiastek powinien niemal natychmiast wchodzić w interakcje z otoczeniem. Tymczasem pomiary wykazały, że atomy potrafią przemieszczać się setki mikrometrów w głąb wody (co odpowiada ułamkom milimetra). To wystarczający dystans, by mogły być transportowane przez miejscowy przepływ cieczy. Kalibracja sygnału fluorescencji ujawniła stężenie na poziomie około dziesięciu kwadrylionów atomów na centymetr sześcienny. Co równie ciekawe, analiza ścieżek reakcji pokazała, że tlen atomowy rzadko atakuje cząsteczki wody. Znacznie chętniej łączy się z rozpuszczonym w wodzie tlenem cząsteczkowym, tworząc ozon.
Czytaj też: Chińska chemia chce przejąć akumulatory przyszłości. Tinci właśnie zgarnęło 8 kluczowych patentów
Ta zaobserwowana długowieczność ma znaczące implikacje, sugerując potrzebę ponownej oceny istniejących modeli reaktywności i transportu solwatowanego tlenu atomowego – zauważa Brayden Myers ze Swiss Plasma Center
Laser femtosekundowy pokonuje ograniczenia
Kluczem do sukcesu była nowatorska metoda detekcji. Wcześniejsze próby opierały się na sondach chemicznych, które same ulegały zniszczeniu lub modyfikacji pod wpływem reaktywnego tlenu. Naukowcy potrzebowali sposobu, który pozwoliłby „zajrzeć” do wody, nie zakłócając jej struktury. Z pomocą przyszła fluorescencja wzbudzana dwufotonowo, znana z badań gazów. Technika ta polega na wzbudzeniu atomu dwoma fotonami jednocześnie, co powoduje emisję charakterystycznego światła, gdy atom wraca do stanu spoczynku.
Problem w zastosowaniu tej metody do cieczy był od dawna znany – cząsteczki wody niemal natychmiast „wykradały” energię wzbudzonym atomom, gasząc ich fluorescencję. Przełomu dokonano, używając lasera emitującego niezwykle krótkie impulsy, trwające jedną milionowo-miliardową część sekundy. Te błyskawiczne dostawy energii były wystarczające, by atomy zdążyły zaświecić, zanim otaczająca je woda zdążyła je wyciszyć. Precyzyjnie skierowany strumień lasera na wodę wzbogaconą tlenem z plazmy pozwolił uchwycić słaby, ale wymowny blask.
Medycyna i przemysł stoją przed zmianami
Tlen atomowy to potężny utleniacz, a możliwość śledzenia jego drogi w cieczy otwiera drzwi do bardziej precyzyjnych technologii. Zimne plazmy atmosferyczne są już badane pod kątem sterylizacji, wspomagania gojenia ran czy oczyszczania wody. Nowe dane sugerują, że atomy mogą penetrować głębiej niż dotąd sądzono. Z jednej strony to szansa na efektywniejszą walkę z biofilmami w trudno dostępnych miejscach. Z drugiej – sygnał, by ostrożniej dobierać dawki w terapiach medycznych, aby nie uszkodzić zdrowych tkanek.
Czytaj też: Chemiczna zagadka Drogi Mlecznej. Niespodziewane zdarzenie odegrało rolę w powstaniu naszej galaktyki
Potencjalne zastosowania są szerokie: od zaawansowanych metod dezynfekcji narzędzi chirurgicznych po nowe generacje systemów uzdatniania wody. W przemyśle spożywczym lepsza kontrola nad atomowym tlenem mogłaby zwiększyć bezpieczeństwo produktów. Perspektywy są obiecujące, ale wymagają dalszych, rygorystycznych badań, zanim takie rozwiązania trafią do powszechnego użytku. To nie jest gotowa technologia, a raczej fundamentalny krok, który pozwala ją w przyszłości projektować świadomiej.
Metoda opracowana w Szwajcarii nie kończy się na tlenie. Jej adaptacja do obserwacji atomów azotu czy wodoru może dać nam bezprecedensowy wgląd w zachowanie różnych pierwiastków w roztworach. Naukowcy chcą teraz zbadać, jak tlen atomowy zachowuje się w naturalnych, bardziej złożonych środowiskach – np. w wodzie zawierającej sole czy materię organiczną. To właśnie tam jego żywotność i trasy wędrówki mogą wyglądać zupełnie inaczej. Kluczowym wyzwaniem będzie teraz przełożenie tych mikroskopowych obserwacji na wiarygodne modele, które pozwolą przewidywać efekty w skali makro. Taka wiedza będzie nieoceniona przy projektowaniu przyszłych reaktorów plazmowych czy systemów uzdatniania.