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).
| 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 |
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.
