Телефон и факс:+7 (3854) 43-25-81
Главная → Применение ультразвука в промышленности → Применение ультразвуковых колебаний для ускорения процессов в жидких средах → Процессы в химии

Процессы в химии

Под действием ультразвуковой кавитации ускоряются реакции механохимического происхождения, имевшие место в озвучиваемой среде до воздействия ультразвука.
Одновременно инициируются специфические звукохимические реакции, которые без ультразвука не могут быть осуществлены и в основе которых лежит механизм разрыва химических связей. Таким образом, возникновение кавитации может привести к началу химической реакции. Особенно это заметно в воде и других полярных растворителях.
Что позволяют звукохимические реакции в процессе кавитации в жидкости?
1. Изменить пространственную ориентацию, свойства молекул;
2. Деформировать, рвать межмолекулярные цепочки на отдельные фрагменты;
В этом отношении звукохимические явления являются одним из видов механохимических реакций.
Как проявляются механохимические реакции?
1. Как проявление механохимических реакций в среде могут наблюдаться люминисценция, эрозия, появление активных радикалов, диссоциирование молекул.
2. Очень часто наблюдается появление надперикисей, перикисей водорода, ионов азотной и азотистой кислот, комплексов типа: (Н2О∙О2)(ОН∙О2), гидротированных электронов.
3. Образуемые вещества могут дать начало звукохимическим реакциям в парогазовой среде кавитационной области или даже в жидко среде, тогда образуемые продукты диффундируют в жидкость и там вступают в реакции
4. Под действием УЗ ускоряются реакции механохимического происхождения, имевшие место в неозвученной среде.
5. Одновременно инициируются специфические реакции, которые без УЗ не могут быть осуществлены, и в основе которых лежит механизм разрыва химических связей.
Таким образом, возникновение кавитации приводит к началу химической реакции. Особенно это проявляется в воде и полярных растворителях.
Основным типом протекающих здесь реакций являются окислительно-восстановительные реакции (Таблица 3.1).
Таблица 3.1 Окислительно-восстановительные реакции при ультразвуковом воздействии
Вещества, присутствующие в озвучиваемом растворе Влияние природы газа на скорость реакции (в порядке убывания) Основные продукты реакции после озвучивания
Окислительно-восстановительные реакции в жидкости
H2O Xe>Kr>Ar>O2>
воздух>Ne>N2
O2>Ar
(O2+Ar)>Ar>O2
воздух
H2O2
H2O2
H2O2
H2
KJ+H2O Воздух>AR
Воздух>O2>N2>He
J2
J2
KJ+CCI4+H2O
FeSO4+H2SO4(I,IN)
H3PO3+H2O
I2+H2O
O2>воздух>He>N2
O2>Ar>He
O2>Ar
H2:(Ar+H2)>
H2>Ar
J2
Fe3+
H3PO4
I
KMnO4+H2O
CS2+H2O
CH-CHNH2-COOH+H2O
CH2Cl2+H2O
H2>воздух
Воздух
Ar>He>воздух
Ar>воздух>N2>He
Mn(OH)2MnO2
S:H2S
HCHO,NH3
C10H7O3Cl2
HgCl2+C2O4-2 + H2O

CH3COOH+H2O

K3[Fe(C2O4)3]+d,d-Dp+H2O

[FeDp3]Cl3+H2O

ClCH2COOH+H2O

Воздух

N2+H2

O2>Ar>He>N2>H2

O2>Ar>He>N2>H2

O2>Ar>He>N2>H2

HgCl2

H2N-CH2-COOH

[FeDp3]+2+CO2

[FeDp3]+2

Cl-

Реакции растворенных газов, воды и веществ с высокой упругостью паров (в кавитационной полости)
O2
N2+O2
N2+H2;N2
CO+N2H2;CO+H2
CH4+N2
CCl4+H2O
-
-
-
-
-
-
O3
HNO3,HNO2
NH3
HCN,HCHO,NH3
HCN,H2
CL2


В фазе захлопывания пузырька происходит электронный пробой. При наличии в парогазовой кавитационной смеси газов СН4, NH3, H2 и водяного пара может образоваться более 20 простых и сложных органических веществ, в том числе глицин, аланин, N-метилаланин, р-аланин, мочевина, N-метил-мочевина и кислоты — гликолевая, молочная, янтарная, аспарагиновая, глютаминовая, иминодиуксусная, муравьиная, пропионовая, ot-оксимасляная и др.
Все химические реакции начинаются с определенного порога, совпадающего с началом кавитации. Первоначально выход продуктов реакции пропорционален удельной мощности и времени озвучивания. После превышения некоторого значения интенсивности скорость звукохимической реакции резко уменьшается. Это объясняется тем, что при высоких интенсивностях ультразвука растет максимальный размер пузырьков и они не успевают захлопнуться за полупериод волны.

659305, г. Бийск, ул. Трофимова 27, корп. Б, каб. 101-1

+7 (3854) 43-25-81

vnh@bti.secna.ru