Sonochimie

introduction

L'utilisation d'ultrasons dans des réactions chimiques dans la solution fournit une activation spécifique basée sur un phénomène physique: acoustique Cavitation. Cavitation est un processus dans lequel l'activation mécanique détruit les forces attrayantes des molécules dans la phase liquide Appliquer des ultrasons, la compression du liquide est suivie d'une raréfaction (expansion), dans laquelle une chute de pression soudaine forme de petites bulles oscillantes de substances gazeuses Ces Les bulles se développent avec chaque cycle de l'énergie ultrasonique appliquée jusqu'à ils atteindre une taille instable taille; Ils peut ensuite entrer en collision et / ou violemment effondrement.

Pour Exemple, Sonolyse de Fe (CO) ₅ dans Decane Sous Argon produit du fer amorphe sur décarbonylation au lieu de fer cristallin, ce qui montre que les températures très élevées et les taux de refroidissement rapides (~ 10⁶ k s^-1 ) sont impliqués, plus le plus volatile pentane rendements fe₃ (CO) ₁₂, indiquant un effondrement quelque peu plus lent Il a été estimé et calculé que la pression dans une bulle dans l'eau peut atteindre plus de que mille atmosphères et la température peut atteindre plusieurs milliers de degrés pendant Un effondrement, comme conduction thermique ne peut pas Continuez avec l'adiabatique qui en résulte chauffage. comme ces Les bulles sont petites et rapidement collés, ils peut être vu comme microreactors Cela offrent la possibilité d'accélérer certaines réactions et de permettre également de nouvelles réactions de nouvelles réactions de manière mécanique de manière absolument sûre.

De nombreuses réactions peuvent être menées même dans un simple bain de nettoyage à ultrasons, bien que la quantité d'énergie qui atteint la réaction est seulement comprise entre 1 et 5 W cm^-2et le contrôle de la température est normalement pauvre. Les réactions à grande échelle peuvent être mieux menées en utilisant Immersible sondes ultrasoniques qui contournent le transfert de l'énergie à travers l'eau et la réaction vaisseau. Les énergies appliquées dans ce cas peuvent être plusieurs centaines de fois plus haut. L'équipement de laboratoire utilise des fréquences comprises entre 20 kHz et 40 kHz, mais cavitation peut être généré bien au-dessus de ces Les fréquences et les recherches récentes utilisent une gamme beaucoup plus large

Ultrasons en chimie organique synthétique

Il existe deux types d'effets médiés par Ultrasound: chimique et physique. Quand La quantité de bulles est faible - Utilisation de matériel de laboratoire standard - C'est principalement une accélération de taux physique qui joue un rôle jouer. Pour Exemple, un effet spécifique est l'effondrement asymétrique près d'une surface solide, qui forme microjets. Ceci L'effet est la raison pour laquelle l'échographie est très efficace dans le nettoyage et est également responsable de l'accélération des taux dans multiphasique Réactions, depuis Le nettoyage de surface et l'érosion entraînent une masse améliorée Transport.

Pour Exemple, quand L'échographie est appliquée à un ullmann réaction qui nécessite normalement un 10 fois excès de cuivre et 48 h de temps de réaction, cela peut être réduit à un 4 fois excès de cuivre et temps de réaction de 10 h. La taille des particules du cuivre rétrécit de 87 à 25 μm, mais l'augmentation de la surface ne peut pas expliquer pleinement l'augmentation de la réactivité Il a été suggéré que Sonication Aussi assiste également la ventilation des intermédiaires et de la désorption des produits de la surface Surface.

Typiquement, les réactions ioniques sont accélérées par des effets physiques - Meilleur transport de masse - qui est également appelé "faux Sonochimie". Si Les conditions extrêmes dans la bulle mènent à des voies de réaction totalement nouvelles, par exemple via radicaux générés dans la phase de vapeur qui serait Seulement une existence transitoire dans le liquide en vrac, on parle de "Sonochimical commutation". Un tel commutateur a été observé par exemple dans ce qui suit Kornblum-Russel Réaction Où Sonication favorise un ensemble Pathway:

Applications pour Sonochimie peut être trouvé dans de nombreux domaines, mais sonochimique Les processus sont les plus largement développés pour les réactions hétérogènes Actuellement, Sonochimie est un multidisciplinaire Domaine dans lequel les chimistes, physiciens, ingénieurs chimistes et mathématiciens doivent coopérer pour développer une meilleure compréhension des processus qui se déroulent dans les bulles d'effondrement pour développer des applications totalement nouvelles Cependant, le potentiel d'amélioration de nombreux types de réactions suggère que chaque laboratoire chimique devrait être équipé d'au moins un bain de nettoyage pour des essais simples Essais. Pour une discussion détaillée sur Ultrasons en chimie organique synthétiqueVeuillez vous reporter à un examen par T. J. maçon ( Chem. SOC. Rév. 1997 ,26, 443. DOI: 10.1039 / CS9972600443 ).

certains Ultrasound-promouvé Des réactions peuvent également être trouvées dans la section récente littérature.