Ääni kemia

Sonokemia (sonokemia)  on kemian haara, joka tutkii voimakkaiden akustisten aaltojen vuorovaikutusta ja niistä aiheutuvia kemiallisia ja fysikaalis-kemiallisia vaikutuksia. Sonokemia tutkii äänikentän tilavuudessa tapahtuvien sonokemiallisten reaktioiden kinetiikkaa ja mekanismia. Äänikemian ala sisältää myös joitain äänikentässä tapahtuvia fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja: sonoluminesenssia , aineen hajoamista äänen vaikutuksesta, emulgoitumista ja muita kolloidisia kemiallisia prosesseja.

Sonokemia keskittyy akustisten värähtelyjen vaikutuksesta tapahtuvien kemiallisten reaktioiden - sonokemiallisten reaktioiden - tutkimukseen .

Äänikemiallisia prosesseja tutkitaan pääsääntöisesti ultraäänialueella (20 kHz:stä useisiin MHz ). Äänivärähtelyjä kilohertsialueella ja infraäänialueella tutkitaan paljon harvemmin.

Äänikemia tutkii kavitaatioprosesseja .

Äänikemian historia

Ensimmäistä kertaa ääniaaltojen vaikutuksen kemiallisten prosessien kulkuun havaitsivat vuonna 1927 Richard ja Loomis, jotka havaitsivat, että ultraäänen vaikutuksesta kaliumjodidi hajoaa vesiliuoksessa vapauttaen jodia . Myöhemmin havaittiin seuraavat äänikemialliset reaktiot:

• vedessä olevan typen epäsuhtautuminen ammoniakiksi ja typpihapoksi
• tärkkelyksen ja gelatiinin makromolekyylien hajoaminen pienemmiksi molekyyleiksi
• maleiinihapon ketjustereoisomerointi fumaarihapoksi _
• radikaalien muodostuminen veden ja hiilitetrakloridin vuorovaikutuksessa
• organopiin ja orgaanisten tinayhdisteiden dimerointi ja oligomerointi

Terveiden kemiallisten reaktioiden luokitus

Ensisijaisten ja sekundaaristen alkuaineprosessien mekanismista riippuen äänikemialliset reaktiot voidaan jakaa seuraaviin luokkiin:

1. Vedessä nestefaasissa tapahtuvat redox-reaktiot liuenneiden aineiden ja vesimolekyylien ultraäänihajotustuotteiden välillä, jotka tapahtuvat kavitaatiokuplassa ja siirtyvät liuokseen (ultraäänen vaikutusmekanismi on epäsuora ja monilta osin samanlainen kuin radiolyysi vesipitoisista systeemeistä).
2. Kuplan sisällä tapahtuvat reaktiot liuenneiden kaasujen ja korkean höyrynpaineen omaavien aineiden välillä (esimerkiksi typen oksidien synteesi , kun ne altistetaan ultraäänelle vedessä, johon ilma on liuennut). Näiden reaktioiden mekanismi on suurelta osin analoginen kaasufaasissa tapahtuvan radiolyysin kanssa.
3. Liuoksen ketjureaktiot, jotka eivät käynnisty veden halkeamisen radikaalituotteista, vaan toisen aineen halkeamisesta kavitaatiokuplassa (esimerkiksi maleiinihapon isomeroitumisen reaktio fumaarihapoksi, jonka käynnistää bromi tai alkyylibromidi).
4. Reaktiot, joissa on mukana makromolekyylejä (esimerkiksi polymeerimolekyylien tuhoutuminen ja sen käynnistämä polymerointi ).
5. Ultraääniräjähdyksen käynnistäminen nestemäisissä tai kiinteissä räjähdysaineissa (esim. jodinitridi , tetranitrometaani , trinitrotolueeni ).
6. Äänikemialliset reaktiot vedettömissä systeemeissä. Jotkut näistä reaktioista ovat: tyydyttyneiden hiilivetyjen pyrolyysi ja hapetus, alifaattisten aldehydien ja alkoholien hapetus, alkyylihalogenidien pilkkominen ja dimeroituminen, halogenidijohdannaisten reaktiot metallien kanssa ( Wurtz-reaktio ), aromaattisten yhdisteiden alkylointi, tioamidien ja synteokarbamaattien tuotanto, metalliorgaanisten yhdisteiden, Ullmann - reaktio, sykloadditioreaktiot, halogeeninvaihtoreaktiot, perfluorialkyyliyhdisteiden tuotanto ja reaktiot, karbeenisynteesit, nitriilien synteesi jne.

Äänikemian menetelmät

Seuraavia menetelmiä käytetään äänikemiallisten reaktioiden tutkimiseen:

• Käänteinen pietsosähköinen efekti ja magnetostriktioefekti korkeataajuisten äänivärähtelyjen tuottamiseksi nesteeseen
• Analyyttinen kemia sonokemiallisten reaktioiden tuotteiden tutkimiseen

Kirjallisuus

• Margulis M.A. Äänikemian perusteet. Kemialliset reaktiot akustisissa kentissä. - M . : Korkeakoulu, 1984. - 272 s. - 300 kappaletta.