Sonochemie

Einleitung

Die Verwendung von Ultraschall in chemischen Reaktionen in der Lösung bietet eine bestimmte Aktivierung auf der Grundlage eines physischen Phänomens: akustisch Kavitation. Kavitation ist ein Prozess, bei dem die mechanische Aktivierung die attraktiven Kräfte von Molekülen in der Flüssigkeitsphase zerstört. Anwenden von Ultraschall, Komprimierung der Flüssigkeit folgt eine Rarefaction (Expansion), in der ein plötzlicher Druckabfall kleine, oszillierende Blasen von gasförmigen Substanzen bildet. Diese Bubbles expandieren mit jedem Zyklus der angewendeten Ultraschall-Energie bis Sie Erreichen Sie eine instabile Größe; Sie kann dann kollidieren und / oder gewalttätig zusammenbrechen.

Für Beispiel, Sonolyse von FE (CO) ₅ in Decan Unter Argon produziert amorphes Eisen auf Decarbonylierung anstelle von kristallinen Eisen, die zeigt, dass sowohl sehr hohe Temperaturen als auch auf schnelle Kühlraten (~ 10⁶ K S.^-1 ) sind beteiligt, desto volatiler Pentane Erträge Fe F.₃ (CO) ₁₂, was einen etwas langsamer anzeigt Kollaps. Es wurde geschätzt und berechnet, dass der Druck in einer Blase in Wasser zu mehr steigen kann als eintausend Atmosphären, und die Temperatur kann mehrere tausend Grad erreichen. Während ein Zusammenbruch, als Wärmeleitung Bleiben Sie mit der resultierenden adiabatischen Heizung. wie diese Blasen sind klein und kollabieren, sie kann als Mikroreaktoren angesehen werden das bietet die Möglichkeit, bestimmte Reaktionen zu beschleunigen und auch mechanistisch neuartige Reaktionen in absolut sicherer Weise zu ermöglichen.

Viele Reaktionen können auch in einem einfachen Ultraschallreinigungsbad durchgeführt werden, obwohl Die Menge an Energie, die die Reaktion erreicht, ist nur zwischen 1 und 5 W cm^-2, und die Temperaturregelung ist normalerweise arm. Großrankte können besser mit eingetaucht werden Ultraschallsonden, die die Übertragung der Energie durch Wasser und die Reaktionsbehälter umgehen. Die angewandten Energien in diesem Fall können mehrere hundertmal höher sein. Laborgeräte verwendet Frequenzen zwischen 20 kHz und 40 kHz, aber Kavitation kann oben generiert werden, diese Frequenzen und jüngste Forschung verwenden einen viel breiteren Reichweite.

Ultraschall in synthetischer organischer Chemie

Es gibt zwei Arten von Effekten, die von Ultraschall vermittelt werden: chemische und physisch. Wann Die Menge der Blasen ist niedrig - Verwenden von Standard-Laborgeräten - Es ist hauptsächlich der physikalische Zinsbeschleunigung, die eine Rolle spielt. Für Beispielsweise ist ein spezifischer Effekt der asymmetrische Zusammenbruch in der Nähe einer festen Oberfläche, die Mikrojähte bildet. Dieses Effekt ist der Grund, warum Ultraschall bei der Reinigung sehr effektiv ist und auch für die Zinserhöhung in Multiphasic verantwortlich ist Reaktionen, Seit Oberflächenreinigung und Erosion führen zu verbesserter Masse Transport.

Für Beispiel, wann Ultraschall wird auf ein Ullmann Reaktion, die normalerweise eine 10-fach erfordert Überschuss an Kupfer und 48 Stunden Reaktionszeit kann dies auf ein 4-fach reduziert werden Überschuss an Kupfer und eine Reaktionszeit von 10 h. Die Teilchengröße des Kupfers schrumpft von 87 bis 25 μm, aber der Anstieg der Oberfläche kann nicht Erklären Sie den Zunahme der Reaktivität. Es wurde vorgeschlagen, dass Sonication hilft auch bei der Zusammenbruch von Zwischenprodukten und Desorption der Produkte von der Oberfläche.

Typischerweise werden ionische Reaktionen durch physikalische Effekte beschleunigt - Besserer Massentransport - Welches heißt auch "false SonnoMemistry". WENN Die extremen Bedingungen innerhalb der Blase führen zu völlig neuen Reaktionswegen, z. B. über Reste, die in der Dampfphase erzeugt werden, die Haben Sie nur eine vorübergehende Existenz in der Bulk-Flüssigkeit, wir sprechen über "SONOCHEMICAL Switching". Ein solcher Switch wurde beispielsweise im Folgenden im Folgenden beobachtet. Kornblum-Russel Reaktion wo Sonication Favors ein Set Pfad:

Anwendungen für Sonochemie kann in vielen Bereichen gefunden werden, aber sonchemical Prozesse werden für heterogene Reaktionen am weitesten entwickelt. Derzeit Sonochemie ist ein Multidisziplinär Feld, in dem Chemiker, Physiker, chemische Ingenieure und Mathematiker zusammenarbeiten müssen, um ein besseres Verständnis der Prozesse zu entwickeln, die innerhalb der zusammenklappbaren Blasen stattfinden, um völlig neue Anwendungen zu entwickeln. Das Potenzial für Verbesserungen in vielen Reaktionsarten deuten jedoch darauf hin, dass jedes chemische Labor mit mindestens einem Reinigungsbad für einfache Versuche ausgestattet sein. Für Eine detaillierte Diskussion von Ultraschall in synthetischer organischer ChemieBitte beachten Sie eine Bewertung von T. J. Mason ( Chem. Soc. Rev. 1997 ,26, 443. Doi: 10.1039 / CS9972600443 ).

einige Ultraschallfördert Reaktionen können auch in der letzten Literaturabteilung gefunden werden.