Sonochemistry

Introducción

El uso de ultrasonido en reacciones químicas en solución proporciona una activación específica basada en un fenómeno físico: acústico cavitación. Cavitación Es un proceso en el que la activación mecánica destruye las fuerzas atractivas de las moléculas en la fase líquida. Aplicación de ultrasonido, la compresión del líquido es seguida por la rarefacción (expansión), en la que una caída de presión repentina forma pequeñas burbujas oscilantes de sustancias gaseosas. Estos Las burbujas se expanden con cada ciclo de la energía ultrasónica aplicada hasta hasta ellos Llegar a un tamaño inestable ellos Luego puede chocar y / o violentamente colapso.

Para Ejemplo, Sonólisis de FE (CO) ₅ en decano bajo argón produce hierro amorfo sobre Decarbonylation en lugar de hierro cristalino, que muestra que tanto temperaturas muy altas como las tasas de enfriamiento rápido (~ 10⁶ k s^-1 ) están involucrados, cuanto más volátil pentane produce fe₃ (CO) ₁₂, indicando un colapso algo más lento. Se ha estimado y calculado que la presión dentro de una burbuja en agua puede elevarse más Mil atmósferas, y la temperatura puede alcanzar varios miles de grados Durante un colapso, como conducción de calor no puede Manténgase al día con el resultado adiabático resultante. como estos Las burbujas son pequeñas y rápidamente colapsan, ellos Se puede ver como Microrreactores que ofrecen la oportunidad de acelerar ciertas reacciones y también permitir que las reacciones mecánicamente novedosas se realicen de manera absolutamente segura.

Muchas reacciones se pueden realizar incluso en un simple baño de limpieza ultrasónico, aunque La cantidad de energía que alcanza la reacción es solo entre 1 y 5 W cm.^-2, y el control de la temperatura es normalmente pobre. Las reacciones a gran escala pueden ser mejor conducidas usando inmersible Sondas ultrasónicas que eludir la transferencia de la energía a través del agua y la reacción. Buque. Las energías aplicadas en este caso pueden ser varios cientos de veces más alto. El equipo de laboratorio utiliza frecuencias entre 20 kHz y 40 kHz, pero cavitación se puede generar bien arriba estos Las frecuencias y la investigación reciente usan una gama mucho más amplia.

Ultrasonido en química orgánica sintética.

Hay dos tipos de efectos mediados por ultrasonido: Químico y físico. Cuando La cantidad de burbujas es baja - Uso de equipos de laboratorio estándar - Es principalmente la aceleración de la frecuencia física que juega un rol. Para Ejemplo, un efecto específico es el colapso asimétrico cerca de una superficie sólida, que forma microdés. Este El efecto es la razón por la cual el ultrasonido es muy eficaz en la limpieza, y también es responsable de la aceleración de la tasa en multifásico Reacciones, desde que Limpieza de superficies y erosión conducen a la mejora de la masa Transporte.

Para Ejemplo, cuando El ultrasonido se aplica a un Ullmann reacción que normalmente requiere un 10 veces Exceso de cobre y 48 h de tiempo de reacción, esto se puede reducir a un 4 veces exceso de cobre y un tiempo de reacción de 10 h. El tamaño de partícula del cobre se contrae de 87 a 25 μm, pero el aumento en el área de la superficie no puede Explique completamente el aumento en reactividad. Se sugirió que sonicación También asiste en el desglose de los intermedios y la desorción de los productos de la superficie

Típicamente, las reacciones iónicas se aceleran con efectos físicos - Mejor transporte en masa - que también se llama "Falso Sonochemistry". Si Las condiciones extremas dentro de la burbuja conducen a vías de reacción totalmente nuevas, por ejemplo a través de radicales generados en la fase de vapor que Solo tienen una existencia transitoria en el líquido a granel, hablamos de "Sonochemical Cambiar". Tal interruptor se ha observado, por ejemplo, en lo siguiente Kornblum-Russel reacción donde sonicación Favores un conjunto Pathway:

Aplicaciones para Sonochemistry Se puede encontrar en muchas áreas, pero Sonochemical Los procesos se desarrollan más ampliamente para reacciones heterogéneas. Actualmente, Sonochemistry es un multidisciplinario El campo en el que los químicos, los físicos, los ingenieros químicos y los matemáticos deben cooperar para desarrollar una mejor comprensión de los procesos que tienen lugar dentro de las burbujas de colapsación para desarrollar aplicaciones totalmente nuevas. Sin embargo, el potencial de realizar mejoras en muchos tipos de reacción sugiere que cada laboratorio químico debería Estar equipado con al menos un baño de limpieza para pruebas simples. Para una discusión detallada de Ultrasonido en química orgánica sintética.Por favor, consulte una revisión por T. J. Mason ( Chem. SOC. Rev. 1997 ,26, 443. DOI: 10.1039 / CS9972600443 ).

algunos promocionado por ultrasonido Las reacciones también se pueden encontrar en la reciente sección de literatura.