Sonochimica

introduzione

L'uso di ultrasuoni nelle reazioni chimiche in soluzione fornisce un'attivazione specifica basata su un fenomeno fisico: Acoustic Cavitazione. Cavitazione È un processo in cui l'attivazione meccanica distrugge le attraenti forze delle molecole nel liquido Fase. L'applicazione degli ultrasuoni, la compressione del liquido è seguita da rarefaction (espansione), in cui una caduta di pressione improvvisa forma piccole, oscillanti bolle di gassosa sostanze. Questi Le bolle si espandono con ogni ciclo dell'energia ultrasonica applicata fino a loro raggiungere una dimensione instabile loro può quindi collidere e / o violentemente collasso.

Per Esempio, Sonolisi di Fe (CO) ₅ in Decano Sotto Argon produce ferro amorfo su decarbonialation Invece di ferro cristallino, che mostra che sia temperature molto alte che anche tassi di raffreddamento rapidi (~ 10⁶ K S.^-1 ) sono coinvolti, i più volatili Pentane produrre fe.₃ (CO) ₁₂, indicando un po 'più lento collasso. È stato stimato e calcolato che la pressione all'interno di una bolla in acqua può salire a più di Mille atmosfere e la temperatura può raggiungere diverse migliaia di gradi Durante un collasso, come conduzione del calore non può tenere il passo con il recipiente adiabatico riscaldamento. come questi Le bolle sono piccole e rapidamente collassano, loro può essere visto come microreattori Ciò offre l'opportunità di accelerare determinate reazioni e consentire anche alle nuove reazioni meccanisticamente di avvenire in modo assolutamente sicuro

Molte reazioni possono essere condotte anche in un semplice bagno di pulizia ultrasonico, anche se La quantità di energia che raggiunge la reazione è solo tra 1 e 5 W cm^-2e il controllo della temperatura è normalmente povero. Le reazioni su larga scala possono essere condotte meglio usando immersibile Sonde ad ultrasuoni che eluvono il trasferimento dell'energia attraverso l'acqua e la reazione nave. Le energie applicate in questo caso possono essere diverse centinaia di volte più alto. Le attrezzature di laboratorio utilizzano frequenze tra 20 kHz e 40 kHz, ma cavitazione può essere generato ben sopra Questi Le frequenze e la recente ricerca utilizza una gamma molto più ampia

Ultrasuoni in Chimica organica sintetica

Esistono due tipi di effetti mediati da Ultrasuoni: Chimica e fisico. Quando La quantità di bolle è bassa - utilizzando attrezzature da laboratorio standard - È principalmente accelerazione del tasso fisico che svolge un ruolo. Per Esempio, un effetto specifico è il collasso asimmetrico vicino a una superficie solida, che forma microjets. Questo L'effetto è il motivo per cui l'ultrasuono è molto efficace nella pulizia ed è anche responsabile dell'accelerazione del tasso in multifasico Reazioni, da allora La pulizia della superficie e l'erosione portano a massa migliorata Trasporto.

Per Esempio, quando L'ultrasuono è applicato a un Ullmann reazione che normalmente richiede un 10 volte Eccesso di rame e 48 ore di tempo di reazione, questo può essere ridotto a un 4 volte eccesso di rame e un tempo di reazione di 10 h. La dimensione delle particelle del rame si restringe da 87 a 25 μm, ma l'aumento della superficie dell'area di superficie non può spiega completamente l'aumento di reattività. È stato suggerito che Sonicazione Aiuta anche nella ripartizione di intermedi e desorbimento dei prodotti del Superficie.

Tipicamente, le reazioni ioniche sono accelerate da effetti fisici - Migliore trasporto di massa - che viene anche chiamato "falso sonochimica". Se Le condizioni estreme all'interno della bolla portano a percorsi totalmente nuovi di reazione, ad esempio Via radicali generati nella fase di vapore che Sarebbero Avere un'esistenza transitoria nel liquido sfuso, parliamo di "Sonochimical commutazione". Un tale interruttore è stato osservato ad esempio nel seguente Kornblum-Russel Reazione Dove Sonicazione favorisce un set Percorso:

Applicazioni per Sonochimica può essere trovato in molte aree, ma SonochEmical I processi sono più ampiamente sviluppati per eterogeneo reazioni. Attualmente, Sonochimica è un multidisciplinare Campo in cui i chimici, i fisici, gli ingegneri chimici e i matematici devono cooperare per sviluppare una migliore comprensione dei processi che si svolgono all'interno delle bolle di collasso per sviluppare totalmente nuove Applicazioni. Tuttavia, il potenziale per apportare miglioramenti in molti tipi di reazione suggerisce che ogni laboratorio chimico dovrebbe essere equipaggiato con almeno un bagno di pulizia per semplici tristi. Per una discussione dettagliata di Ultrasuoni in Chimica organica sinteticaSi prega di fare riferimento a una recensione da T. J. Mason ( Chem. Soc. Rev. 1997 ,26, 443. Doi: 10.1039 / cs9972600443 ).

alcuni ultrasuoni promossi Le reazioni possono anche essere trovate nella recente sezione letteratura.