Сонохимия

вступление

Использование ультразвука в химических реакциях в растворе обеспечивает специфическую активацию на основе физического феномена: акустическая кавитация. Кавитация это процесс, в котором механическая активация разрушает привлекательные силы молекул в жидкости фаза. Применение ультразвука, сжатие жидкости сопровождается разрежением (расширение), в которой внезапное падение давления образует небольшие колебательные пузырьки газообразных веществ. Эти Пузыри расширяются с каждым циклом прикладной ультразвуковой энергии До они достичь нестабильного размер; они может затем сталкиваться и / или насильственно коллапс.

Для Пример, Сонолиз FE (CO) ₅ в декан Под Аргоном производит аморфное железо на декарбонилирование вместо кристаллического железа, которое показывает, что как очень высокие температуры, так и быстрые скорости охлаждения (~ 10⁶ k s.^-1 ) участвуют, тем более летучие Пентан дает Фе₃ (CO) ₁₂указывает на несколько медленнее крах. было оценено и рассчитывается, что давление внутри пузыря в воде может подняться до более чем тысяча атмосферы, а температура может достигать несколько тысяч градусов во время коллапс, как теплопроводность не может Продолжайте в том, что результирующие адиабатические отопление. как эти Пузыри маленькие и быстро коллапс, Они можно рассматривать как MicroReactors которые предлагают возможность ускорить определенные реакции, а также разрешить механически новые реакции, чтобы иметь место абсолютно безопасным манера.

Многие реакции могут быть проведены даже в простой ультразвуковой очистке ванны, хотя Количество энергии, достигающее реакции, составляет только от 1 до 5 Вт см.^-2, и контроль температуры обычно бедный. Крупномасштабные реакции могут быть лучше проведены с использованием погрузнее Ультразвуковые зонды, которые обходят передачу энергии через воду и реакцию сосуд. Прикладные энергии в этом случае могут быть несколько сотен раз выше. Лабораторное оборудование использует частоты от 20 кГц и 40 кГц, но Кавитация может быть вызван хорошо выше Эти Частоты и недавние исследования используют гораздо более широкий диапазон.

Ультразвук в синтетической органической химии

Есть два типа эффектов, опосредованных Ультразвук: Химический и Физический. Когда Количество пузырьков низкое - используя стандартное лабораторное оборудование - Это в основном, ускорение физической ставки, которое играет роль Для Пример, специфический эффект представляет собой асимметричный коллапс возле твердой поверхности, который образует микроэт. Это Эффект - это причина, по которой ультразвук очень эффективен в уборке, а также несет ответственность за ускорение ставки в Multiphasic Реакции, С Очистка поверхности и эрозия приводят к улучшению массы Транспорт.

Для Пример, Когда Ультразвук применяется к Ullmann реакция, которая обычно требует в 10 раз Избыток меди и 48 ч времени реакции, это может быть уменьшено до 4 раза Избыток меди и времени реакции 10 Н. Размер частиц меди сжимается от 87 до 25 мкм, но увеличение площади поверхности не может Полностью объяснить увеличение Реактивность. Было предложено, чтобы Окончание Также помогают в расщеплении промежуточных продуктов и десорбции продуктов из поверхности.

Как правило, ионные реакции ускоряются физическими эффектами - лучший массовый транспорт - который также называется false Сонохимия ". Если Экстремальные условия внутри пузыря приводят к совершенно новым реакционным путям, например через радикалы, генерируемые в фазе паров, которые бы Только есть переходное существование в объемной жидкости, мы говорим о «Сонохимические Переключение». Такой переключатель наблюдался, например, в следующем kornblum-Russel реакция Где Отон Вручает набор Путь:

Приложения для Сонохимия можно найти во многих областях, но Сонохимические Процессы наиболее широко разрабатываются для гетерогенных реакций. В настоящее время Сонохимия это междисциплинарная Поле, в котором химики, физики, химические инженеры и математики должны сотрудничать в разработке лучшего понимания процессов, которые происходят в разрабатывающих пузырьках, чтобы развивать совершенно новые приложения. Однако потенциал для улучшения во многих типах реакции предполагает, что каждая химическая лаборатория должна быть оборудованным хотя бы одной уборкой для простых испытаний. Для подробное обсуждение Ультразвук в синтетической органической химииПожалуйста, обратитесь к обзору T. J. Мейсон ( Chem. SoC. Rev. 1997 ,26, 443. Doi: 10.1039 / CS9972600443 ).

Некоторые Ультразвуковые - продвигаемые Реакции также могут быть найдены в недавней части литературы.