Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


УЛЬТРАЗВУК

УЛЬТРАЗВУК в химии (от лат. ultra - сверх, за пределами, по ту сторону). Воздействие ультразвука на хим. и физ.-хим. процессы, протекающие в жидкости, включает: инициирование нек-рых хим. р-ций, изменение скорости, а иногда и направления р-ций, возникновение свечения жидкости (сонолюминесценция), создание в жидкости ударных волн, эмульгирование несмешивающихся жидкостей и коа-лесценцию эмульсий, диспергирование твердых тел и коагуляцию твердых частиц в жидкости, дегазацию жидкости и т.д. Науку, изучающую хим. и физ.-хим. эффекты, возникающие в звуковых полях, наз. звукохимией или сонохимией. Для осуществления технол. процессов используют ультразвуковые аппараты.

Влияние ультразвука на разл. процессы связано с кавитацией -образованием в жидкости при прохождении акустич. волны полостей (кавитац. пузырьков), заполненных газом, паром или их смесью.

Предложено неск. механизмов воздействия ультразвука на хим. р-ции. По тепловой теории в момент схлопывания кавитац. пузырька внутри него развиваются т-ра 104 К и давление до 103 МПа, что приводит к термич. диссоциации хим. соед. на радикалы.

Однако к настоящему времени обнаружено много эксперимент, факторов, к-рые противоречат тепловой теории и разл. ее модификациям. Ранние электрич. теории, предложенные для объяснения механизма хим. действия кавитации, также нельзя считать удовлетворительными. В наиб, мере соответствующей экспериментальным данным можно считать новую электрич. теорию, разработанную в 1985. В этой теории рассматривается двойной электрич. слой на пов-сти расщепляющегося кавитационного пузырька. Показано, что при его расщеплении образуется нескомпенсир. электрич. заряд5006-34.jpg к-рый зависит от радиуса шейки (г) образующегося пузырька, дзета-потенциал а (см. Электрокинетические явления), частоты и амплитуды акустич. колебаний, электропроводности жидкости и т.д. При отрыве осколочного пузырька нескомпенсир. заряд локализуется на малой площадке радиуса r. Напряженность возникающего электрич. поля5006-35.jpg (5006-36.jpg- диэлектрич. проницаемость газа), для обычных эксперимент, параметров 5006-37.jpg В/м. T. к. критич. напряженность для электрич. пробоя в сухом воздухе при атмосферном давлении Eкr = 3·106 В/м, а Екр пропорциональна давлению газа, электрич. заряд в кавитац. пузырьке может образовываться с высокой вероятностью даже при давлениях, значительно превышающих атмосферное.

Хим. р-ции, возникающие в жидкости под действием ультразвука (звукохим. р-ции), можно условно подразделить на: 1) окислит.-восстановит, р-ции, протекающие в водных р-рах между растворенными в-вами и продуктами разложения молекул воды внутри кавитац. пузырька (H, ОН, H2, H2O2), напр.:5006-38.jpg

2) Р-ции между растворенными газами и в-вами с высоким давлением пара, находящимися внутри кавитац. пузырька:

5006-39.jpg

3) Цепные р-ции, инициируемые не радикальными продуктами разложения воды, а к.-л. другим в-вом, диссоциирующимся в кавитац. пузырьке, напр, изомеризация малеиновой к-ты в фумаровую под действием Br, образующегося в результате звукохим. диссоциации Br2.

4) Р-ции с участием макромолекул. Для этих р-ций важна не только кавитация и связанные с нею ударные волны и кумулятивные струи, но и мех. силы, расщепляющие молекулы. Образующиеся при этом макрорадикалы в присут. мономера способны инициировать полимеризацию.

5) Инициирование взрыва в жидких и твердых взрывчатых в-вах.

6) Р-ции в жидких неводных системах, напр, пиролиз и окисление углеводородов, окисление альдегидов и спиртов, алкилирование ароматич. соед., получение тиоамидов и тио-карбаматов, синтез металлоорг. соед., восстановление гидридами, металлами, амальгамами, р-ции обмена галогенпроиз-водных, циклоприсоединение, получение и р-ции перфгорал-кильных соед., карбеновые синтезы, димеризация, олигомеризация и полимеризация галогенсиланов и галоген-станнанов, диссоциация карбонилов металлов и замещение лигандов в комплексных соед., синтез нитрилов, альдольная конденсация кетонов, конденсация Клайзена-Шмидта, перегруппировка Клайзена и др.

Осн. энергетич. характеристика звукохим. р-ций - энерге-тич. выход, к-рый выражается числом молекул продукта, образовавшихся при затрате 100 эВ поглощенной энергии. Энергетический выход продуктов окислит.-восстановит, р-ций обычно не превышает нескольких единиц, а для цепных р-ций достигает нескольких тысяч.

Под действием ультразвука во мн. р-циях возможно увеличение скорости в неск. раз (напр., в р-циях гидрирования, изомеризации, окисления и др.), иногда одновременно возрастает и выход. Обнаружено значит, изменение параметров Белоусо-ва—Жаботинского реакции; инициирование колебат. процессов в нек-рых системах, содержащих диалкилдихлорсиланы, к-рые в присут. Na образуют циклич. и линейные олигомеры: в этих системах под действием ультразвука возникает периодич. изменение концентрации олигомеров в результате их взаимного превращения.

Воздействие ультразвука важно учитывать при разработке и проведении разл. технол. процессов (напр., при воздействии на воду, в к-рой растворен воздух, образуются оксиды азота и H2O2), для понимания процессов, сопровождающих поглощение звука в средах, напр, для эхолокации и др. физ. и физ.-хим. приложений.

Лит.: Маргулис M.А., Основы звукохимии, M., 1984; его же, Зву-кохимические реакции и сонолюминесценция, M., 1986; Ultrasound. Its chemical, physical and biological effects, ed. by K. S. Suslik, N. Y., 1988; Mason T. Y., Lo rimer Ph. J., Sonochemistty: theory, application and uses of ultraso und in chemistry,N. Y., 1988; Margu Hs M. A., .Sonochemistry and cavitation, L., 1995.

M.A. Маргулис.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн