1.2.2 Применение акустики в химии и химической технологии
Ак колебания с частотой от 20 кГц до 1 ГГц условно принято называть ультразвуковыми (УЗ), от 15 Гц до 20 кГц – звуковыми (ЗВ), а ниже 15 Гц – инфразвуковыми [86].
Часто в химических процессах УЗ действует как катализатор [87]. Вещества, участвующие в реакции, с его помощью делают мелкодисперсными, что намного повышает их химическую активность. Если среди продуктов реакции имеется газ, то УЗ способствует его быстрому выведению из смеси. УЗ облучение ускоряет многие реакции с участием органических веществ. Среди них, прежде всего, следует назвать реакцию алкилирования парафина при производстве топлива с высоким октановым числом. УЗ метод приготовления дисперсных металлических катализаторов, таких как натрий и ртуть, обладает значительными преимуществами перед традиционными механическими методами. Под действием УЗ во многих реакциях возможно увеличение скорости в несколько раз (например, в реакциях гидрирования, изомеризации, окисления и др.), иногда одновременно возрастает и выход. Обнаружено инициирование колебательных процессов в некоторых системах, содержащих диалкилдихлорсиланы, которые в присутствии Na образуют циклические и линейные олигомеры, в этих системах под действием УЗ возникают периодические изменения концентрации олигомеров в результате их взаимного превращения.
Химические реакции, возникающие в жидкости под действием УЗ, можно условно разделить на:
1. Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в водных растворах между растворенными веществами и продуктами разложения молекул воды внутри кавитационного пузырька (H>•, ОН>•, H>2, H>2O>2).
2. Реакции между растворенными газами и веществами с высоким давлением пара, находящимися внутри кавитационного пузырька.
3. Цепные реакции, инициируемые не радикальными продуктами разложения воды, а каким-либо другим веществом, диссоциирующимся в кавитационном пузырьке, например, изомеризация малеиновой кислоты в фумаровую под действием Br, образующегося в результате звукохимической диссоциации Br>2.
4. Реакции с участием макромолекул. Для этих реакций важна не только кавитация и связанные с нею ударные волны и кумулятивные струи, но и механические силы, расщепляющие молекулы. Образующиеся при этом макрорадикалы в присутствии мономера способны инициировать полимеризацию.