Ερευνητές παρατήρησαν απευθείας τετροξείδια για πρώτη φορά, αποδεικνύοντας ότι υπάρχουν σε κανονικές συνθήκες αέρα και παίζουν καθοριστικό ρόλο στην ατμοσφαιρική χημεία, την καύση και την ιατρική.
Επιστήμονες ανίχνευσαν για πρώτη φορά απευθείας ένα εξαιρετικά βραχύβιο μόριο, το οποίο θεωρούνταν επί μακρόν κομβικό για τον τρόπο που λειτουργεί η οξείδωση στα πάντα, από την ατμοσφαιρική ρύπανση μέχρι την ανθρώπινη βιολογία.
Η ανακάλυψη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances, προέκυψε από τη συνεργασία ερευνητών του Βασιλικού Ινστιτούτου Τεχνολογίας KTH στη Σουηδία και του Kinetic Chemistry Research στην Καλιφόρνια.
Κατάφεραν να παρατηρήσουν επιτυχώς τα πλούσια σε οξυγόνο τετροξείδια, μια κατηγορία μορίων που προτάθηκε για πρώτη φορά πριν από περισσότερα από 70 χρόνια, αλλά δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ απευθείας μέχρι σήμερα.
«Αυτή η ένωση είναι το αντίστοιχο του μποζονίου Χιγκς για τη χημεία της οξείδωσης», λέει η Barbara Nozière, καθηγήτρια φυσικοχημείας στο Βασιλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας KTH. «Η ύπαρξή της θεωρούνταν δεδομένη για δεκαετίες, αλλά κανείς δεν την είχε δει ποτέ».
Επιβεβαίωση θεωρίας δεκαετιών: Ο μηχανισμός Russell
Οι επιστήμονες πρότειναν για πρώτη φορά την ύπαρξη των τετροξειδίων τη δεκαετία του 1950 ως μέρος του μηχανισμού Russell, μιας αντίδρασης στην οποία δύο ασταθείς οργανικές ρίζες ενώνονται για λίγο. Αυτή η αλληλεπίδραση παράγει ένα μόριο που περιέχει τέσσερα άτομα οξυγόνου συνδεδεμένα μεταξύ τους, αλλά μόνο για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου.
Παρά τη βραχεία διάρκεια ζωής τους, πιστεύεται ότι τα τετροξείδια παίζουν κεντρικό ρόλο στις αντιδράσεις οξείδωσης, οι οποίες κατευθύνουν την καύση, επηρεάζουν την ποιότητα του αέρα και συμβαίνουν συνεχώς μέσα στους ζωντανούς οργανισμούς.
Οι αντιδράσεις αυτές, βοηθούν στη διάσπαση των ρύπων στην ατμόσφαιρα, αλλά μπορούν επίσης να δημιουργήσουν επιβλαβή παραπροϊόντα, συμπεριλαμβανομένων ενώσεων που συμβάλλουν στο νέφος και σε μικροσκοπικά αιωρούμενα σωματίδια.
Μέχρι τώρα, οι ενδείξεις για αυτά τα μόρια ήταν έμμεσες, αντικρουόμενες ή βασίζονταν σε πειράματα υπό συνθήκες ακραίου ψύχους και ελεγχόμενου εργαστηριακού περιβάλλοντος.
Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν την παρουσία τους χρησιμοποιώντας μια προηγμένη μέθοδο φασματομετρίας μάζας, σχεδιασμένη να ανιχνεύει εξαιρετικά ασταθή μόρια χωρίς να τα διασπά.
Πρωτοποριακή μέθοδος ανίχνευσης αποκαλύπτει σταθερότητα στον αέρα
Απροσδόκητα, η ομάδα διαπίστωσε ότι τα τετροξείδια είναι σχετικά σταθερά στον αέρα, σε αντίθεση με τα αποτελέσματα προγενέστερων πειραματικών συνθηκών. «Η μελέτη επιβεβαιώνει ότι τα τετροξείδια μπορούν να υπάρξουν σε θερμοκρασία δωματίου, στον αέρα, χωρίς να χρειάζονται τις συνθήκες ακραίου ψύχους που χρησιμοποιήθηκαν σε προηγούμενα πειράματα», λέει η Noziere.
Επιπτώσεις για την ατμόσφαιρα, τη ρύπανση και τις χημικές αντιδράσεις
Ο εντοπισμός τετροξειδίων τόσο σε εξωτερικά περιβάλλοντα όσο και σε ζωντανούς οργανισμούς υποδηλώνει ότι ενδέχεται να συμμετέχουν σε άγνωστες μέχρι τώρα οδούς αντίδρασης και να παράγουν νέα προϊόντα οξείδωσης που χρήζουν περαιτέρω μελέτης.
Αυτό θα μπορούσε να επηρεάσει το χρονικό διάστημα που οι ρύποι, όπως οι διαλύτες χρωμάτων ή ο καπνός, παραμένουν στην ατμόσφαιρα, καθώς και τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται άλλες αερομεταφερόμενες ενώσεις και σωματίδια αερολύματος (aerosols).
Η Nozière προσθέτει ότι η μέτρηση της διάρκειας ζωής τους, μεταξύ 0.2 και 200 χιλιοστών του δευτερολέπτου, βοηθά τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την ταχύτητα αυτών των αντιδράσεων και το εύρος των προϊόντων που μπορούν να δημιουργήσουν.
Η ανακάλυψη έχει επίσης σημαντικές προεκτάσεις για την ιατρική έρευνα, συμπεριλαμβανομένων μελετών για το οξειδωτικό στρες και τις θεραπείες κατά του καρκίνου, όπου ο μηχανισμός Russell εξερευνάται ήδη σε νέες θεραπευτικές στρατηγικές, αναφέρει η ίδια.
