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超声波对化学反应的促进作用

发布日期:2019-05-28 
超声波是一种频率高于20000赫兹的声波。具有良好的方向性,较强的渗透性,易于获得集中的声能,在水中传播距离长,可用于测距、测速、清洗、焊接、砾石、杀菌等。在医学、军事、工业和农业方面有许多应用。超声之所以被命名是因为它的频率下限大于人类听力的上限。科学家称每秒振动的次数是以赫兹为单位的声音频率。我们在人耳中能听到的声波的频率是20赫兹-2000赫兹。因此,我们把频率大于20000 hz的声波称为"超声波"。医学诊断中常用的超声频率为1 mhz~30 mhz.
 
超声作用原理超声波对化学反应的促进作用不是来自于声波与反应物分子的直接相互作用,因为在液体中常用的声波波长远远大于分子尺度。超声波之所以产生化学效应,一个普遍接受的观点是空化现象,即存在于液体中的微小气泡在超声场的作用下被激活,表现为泡核的形成、振荡、生长、收缩乃至崩溃等一系列动力学过程,及其引发的物理和化学效应。气泡在几微秒之内突然崩溃,气泡破裂类似于一个小小的爆炸过程,产生极短暂的高能环境,由此产生局部的高温、高压[]。同时这种局部高温、高压存在的时间非常短,仅有几微秒,所以温度的变化率非常大,这就为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种非常特殊的环境。高温条件有利于反应物种的裂解和自由基的形成,提高了化学反应速率。高压有利于气相中的反应;另一方面,当气泡破裂产生高压的同时,还伴随强烈的冲击波,其速度可以达/的微射流,对于有固体参加的非均相体系起到了很好的冲击作用,导致分子间强烈的相互碰撞和聚集,对固体表面形态、表面组成产生极为重要的作用。因此空化作用可以看作聚集声能的一种形式,能够在微观尺度内模拟反应器内的高温高压,促进反应的进行。超声在有机合成中的应用较早,研究成果也很多。超声能加速有机反应速率、提高产率、降低反应条件、缩短反应时间、改变反应历程等。.液-液均相反应很多有机反应是在均相溶液中进行的,在此类反应中,超声空化过程中形成的气泡里不仅含有液体本身产生的蒸气,而且含有溶解于液体的气体。空化气泡崩溃时,产生的能量可导致键的断裂,促进自由基的产生,改变溶剂结构从而影响反应速度。

最后更新:2019-05-28