Sonoquímica

introdução

O uso de ultra-som em reações químicas em solução fornece ativação específica baseada em um fenômeno físico: Cavitação acústica. Cavitação é um processo em que a ativação mecânica destrói as forças atraentes das moléculas na fase Líquido A aplicação de ultrassonografia, a compressão do líquido é seguida de rarefação (expansão), na qual uma queda de pressão súbita forma bolhas pequenas e oscilantes de substâncias gasosas. Estes Bolhas se expandem com cada ciclo da energia ultra-sônica aplicada até Eles chegar a um tamanho instável Eles pode então colidir e / ou violentamente colapso.

Para . Exemplo, Sonólise de fe (CO) ₅ em decano Sob argônio produz ferro amorfo upon DECarbonilação Em vez de ferro cristalino, que mostra que ambas as temperaturas muito altas e também taxas de resfriamento rápidas (~ 10⁶ k s.^-1 ) estão envolvidos, quanto mais volátil Pentane Rende Fe.₃ (CO) ₁₂, indicando um colapso um pouco mais lento. Foi estimado e calculado que a pressão dentro de uma bolha na água pode subir mais do que mil atmosferas, e a temperatura pode atingir vários milhares de graus durante um colapso, como condução térmica não pode acompanhar o aquecimento adiabático resultante. como estes Bolhas são pequenas e rapidamente desmoronando, pode ser visto como Microractors Isso oferecem a oportunidade de acelerar certas reações e também permitir que reações mecanisticamente novas ocorram em uma maneira absolutamente segura.

Muitas reações podem ser realizadas mesmo em um simples banho de limpeza ultra-sônica, embora A quantidade de energia que atinge a reação é apenas entre 1 e 5 W CM^-2e controle de temperatura é normalmente pobre. Reações em grande escala podem ser melhor conduzidas usando Immertível As sondas ultra-sônicas que contornam a transferência da energia através da água e da reação Vassel. As energias aplicadas neste caso podem ser várias centenas de vezes superior. Equipamento de laboratório usa frequências entre 20 kHz e 40 kHz, mas cavitação pode ser gerado bem acima estes Freqüências e pesquisas recentes usam uma faixa muito mais ampla.

Ultrassom na química orgânica sintética

Existem dois tipos de efeitos mediados por ultrassom: química e física. Quando A quantidade de bolhas é baixa - Usando equipamento de laboratório padrão - É principalmente aceleração da taxa física que desempenha uma função Para . Exemplo, um efeito específico é o colapso assimétrico perto de uma superfície sólida, que forma Microjets. Isso Efeito é a razão pela qual a ultrassonografia é muito eficaz na limpeza, e também é responsável pela aceleração da taxa em multifásica Reações, desde Limpeza de superfície e erosão levam a uma massa melhorada Transportes.

Para . Exemplo, quando O ultra-som é aplicado a um ullmann reação que normalmente requer um 10 vezes excesso de cobre e 48 h de tempo de reação, isso pode ser reduzido a uma 4 vezes excesso de cobre e um tempo de reação de 10 h. O tamanho de partícula do cobre encolhe de 87 a 25 μm, mas o aumento da área da superfície não pode explicar completamente o aumento da reatividade. Foi sugerido que sonicação Também auxilia na repartição de intermediários e dessorção dos produtos da superfície

Normalmente, as reações iônicas são aceleradas por efeitos físicos - Melhor Transporte de Massa - que também é chamado "Falso Sonochemistry". Se As condições extremas dentro da bolha levam a novas vias de reação, por exemplo via radicais gerados na fase de vapor que Apenas tenha uma existência transitória no líquido a granel, falamos sobre "Sonochemical comutação". Tal comutador foi observado por exemplo, a seguir Kornblum-Russel reação onde sonicação Favora um conjunto Caminho:

Aplicações para Sonochemistry pode ser encontrado em muitas áreas, mas sonoquímico Os processos são mais desenvolvidos para reações heterogêneas. Atualmente, Sonochemistry é um multidisciplinar Campo em que químicos, físicos, engenheiros químicos e matemáticos devem cooperar para desenvolver uma melhor compreensão dos processos que ocorrem dentro das bolhas de colapso para desenvolver totalmente novos aplicativos No entanto, o potencial para fazer melhorias em muitos tipos de reação sugere que todo laboratório químico deveria ser equipado com pelo menos um banho de limpeza para simples ensaios. Para . uma discussão detalhada de Ultrassom na química orgânica sintéticaPor favor, consulte uma revisão por T. J. Mason ( Chem. SOC. Rev. 1997 ,26, 443. Doi: 10.1039 / cs9972600443 ).

alguns ultrassom promoveu Reações também podem ser encontradas na recente seção da literatura.