Методы активации химических процессов

| Категория реферата: Рефераты по химии
| Теги реферата: форма курсовой работы, решебник
| Добавил(а) на сайт: Porfir.

В 1927 году Ричардс и Лумис обнаружили, что под воздействием ультразвука в водном растворе выделяется молекулярный иод.

Это открытие стало отправной точкой для экспериментальных поисков новых звукохимических реакций.

В 1933 году Бойте показал, что при действии ультразвука на воду, в которой растворен азот, образуются азотистая кислота и аммиак.

Маргулисом, Сокольской и Эльпинером (1964 год) были осуществлены звукохимические реакции стереоизомеризации малеиновой кислоты и ее эфиров в фумаровую, которые идут по цепному механизму.

К настоящему времени опубликовано много работ по звукохимическим реакциям. Примеры звукохимических реакций показаны в таблице 1. В этой таблице также приведены величины энергетических выходов звукохимических реакций (число молекул продукта, образовавшихся при затрате 100 эВ химико- акустической энергии. Из таблицы видно, что в случае окислительно- восстановительных реакций энергетический выход составляет несколько молекул, а для цепных реакций достигает тысячи молекул.

Таблица 1

Звукохимические реакции

|Исходные вещества |Выход реакции, число |Основные продукты |
| |молекул/100 эВ; |реакции |
| |присутствующий газ | |
| |
|Окислительно-восстановительные реакции |
|Н2O 2.31; О2 |
|Н2О2 |
|KNO3+H2O 0.03; Ar |
|KNO2 |
|CH3COOH+H2O 0.06; N2 |
|H2N-CH2-COOH |
| |
|Реакции газов в кавитационной полости |
|N2+H2O 1.33 |
|H2O2 |
|0.3 HNO2 |
|0.1 HNO3 |
| |
| |
|Цепные реакции |
|СH-COOH + Br2 + H2O 2440; Ar |
|HC-COOH |
|(( |
|(( |
|CH-COOH |
|HOOCH |
| |
|Реакции с участием макромолекул |
|Полистирол+стирол+С6H6 Воздух Продукты |
|полимеризации |
| |
|Детонация взрывчатых веществ |
|NCl3 Воздух |
|Продукты взрыва |
| |
|Реакции в неводных системах |
|СН3СН + ССl4 Ar |
|N2, CH4, H2 |
|O2 CO, CO2, H2O |

КЛАССИФИКАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РЕАКЦИЙ

Необходимость классификации ультразвуковых колебаний очевидна.
Известно два типа химического действия акустических колебаний. Отсюда выделяют два типа ультразвуковых реакций. К первому относятся реакции, которые ускоряются в ультразвуковом поле, но могут протекать и в его отсутствие с меньшей скоростью. К этой группе эффектов можно отнести ускорение гидролиза диметилсульфата и персульфата калия, разложение диазосоединений, ускорение эмульсионной полимеризации, окисление альдегидов, изменение активности катализаторов, например, катализаторов
Циглера в процессе полимеризации.

Ко второй группе эффектов относятся реакции, которые без воздействия ультразвуковых колебаний не протекают совсем. Реакции этого типа в зависимости от механизма первичных и вторичных элементарных процессов, можно разделить на следующие шесть классов:

1) Окислительно-восстановительные реакции, которые идут в жидкой фазе между растворенными веществами и продуктами ультразвукового расщепления воды, возникающими в кавитационных пузырьках и переходящими в раствор после их схлопывания;

2) Реакции между растворенными газами и веществами с высокой упругостью пара внутри кавитационных пузырьков (эти реакции не могут осуществляться в растворе при воздействии радикальных продуктов расщепления воды);

3) Цепные реакции в растворе, которые индуцируются не радикальными продуктами расщепления, а каким либо другим веществом, присутствующим в системе и расщепляющимся в кавитационной полости;

4) Реакции с участием макромолекул, например, деструкция молекул полимера и инициированная его полимеризации, которые могут идти и при отсутствии кавитации. В этом случае значительную роль могут играть высокие градиенты скоростей и ускорения, возникающие под действием ультразвука, микропотоки;

5) Инициирование взрыва в жидких или твердых взрывчатых веществах. Для этих процессов весьма важно возникновение ударных волн и высокиих температур при схлопывании кавитационных пузырьков, а также возможных кумулятивных струй;

6) Звукохимические реакции в неводных средах. Примерами таких реакций могут служить:

- отщепление тетрахлоридом углерода под действием ультразвука хлора.

- Также ультразвуковые волны в безводной среде инициируют многие реакци с участием кремнийорганических соединений. Алкилсилоксаны взаимодействуют в ультразвуковом поле с хлористым тионилом:

[pic]
Например, если R – CH3, за два часа воздействия ультразвука образуется 27.5
% (CH3)3SiCl.

Хлорсиланы под действием ультразвука реагируют с литием, при этом получают высокий выход дисиланов по по общей схеме:

[pic]

Процессы, отражаемые приведенными реакциями, используют в технологии синтеза полупроводниковых материалов.

КАВИТАЦИЯ

Инициирование большинства звукохимических реакций в водном растворе под действием акустических колебаний обусловлено возникновением кавитации.
Кавитация это нарушение сплошности жидкости, связанное с образованием, ростом, осцилированием и схлопыванием парогазовых пузырьков в жидкости.
Необходимо отметить, что сплошность среды нарушается только при достижении некой пороговой частоты звуковых колебаний.