Erinevus lehekülje "Sonokeemia" redaktsioonide vahel

Eemaldatud 18 baiti ,  2 aasta eest
P
resümee puudub
P (pisitoimetamine using AWB)
P
Lihtsaim seletus on, et helilained, mis levivad läbi vedeliku ultraheli [[sagedus]]tel (20&nbsp;kHz – 1&nbsp;MHz), on märkimisväärselt pikema lainepikkusega kui aatomitevahelised sidemed molekulides. Selline helilaine ei saa mõjutada aatomitevaheliste [[Keemiline side|sidemete]] vibratsioonilist [[energia]]t ning seega ei saa otseselt tõsta molekuli [[siseenergia]]t.<ref name="suslicksono" /><ref name="suslickbubble" />
 
Sonokeemia põhineb akustilisel kavitatsioonil: vedelikes moodustuvad ultraheli mõjul väikesed mullid, mis kasvavad ning seejärel [[Kollabeerumine|kollabeeruvad]] (varisevad kokku).<ref name="artikkel" /> Nende mullide kollabeerumine on peaaegu [[adiabaatiline protsess]], mille tulemusena tekib mulli sisse tohutu energia. Suur energiahulk mulli sisemuses tähendab aga äärmiselt kõrget [[temperatuur]]i ningja [[rõhk]]u vedeliklahuse ühes mikroskoopilises regioonis. Mulli kollabeerumise hetkel kavitatsioonimulli sees või läheduses olnud aine [[Reaktsioonivõime|keemiline reaktiivsus]] tõuseb kõrge temperatuuri ja rõhu tõttu. Kavitatsiooniga võivad kaasneda muud nähtused, näiteks [[sonoluminestsents]], vabade [[radikaal]]ide tekkimisel esile kutsutud [[Ahelreaktsioon (keemia)|ahelreaktsioonid]], uute üsnagi stabiilsete ühendite teke (näiteks [[vesinikperoksiid]]i formatsioon kahest [[hüdroksüülradikaal]]ist) jne.
 
== Ajalugu ==
[[Pilt:Cavitation Propeller Damage.JPG|pisi|120x120px|Kavitatsiooni põhjustatud kahjustused.|vasakul]]
19.–20. sajandi vahetusel kirjeldasid kavitatsiooni [[Sir John Isaac Thornycroft]] ja [[Sidney Barby]]. Neid kutsuti uurima äsja valminud sõjalaeva H.M.S Daringi probleemset sõukruvi. See oli külge seatud asendis, mis lasi tekkida kavitatsioonil. Kiirel liikumisel kahjustas see sõukruvi ning selle labasid tugevalt.<ref name="teineraamat" />
 
Ultrahelilainete läbi vedeliku levimist ning selle mõju kirjeldasid esimesena [[Robert Williams Wood]] (1868–1955) ja [[Alfred Lee Loomis]] (1887–1975) 1927. aastal. Nad uurisid oma eksperimendis, millisel sagedusel tungiksid helilained läbi veebarjääri. Wood ja Loomis jõudsid järeldusele, et [[heli]] liigub kiiremini vees kui õhus, kuid kuna vee [[tihedus]] võrreldes Maa [[atmosfäär]]iga on erinev, oli äärmiselt raske helilaineid vette saada. Pärast pikka uurimist leidsid nad selleks efektiivsema mooduse. Selleks tuli koos valju heliga tekitada ka väikseid mullikesi, mis justkui transportisid helilaineid vette. Teisalt oli üheks lihtsaimaks viisiks heli vettesaamisel karjumine. Kuna sonokeemia oli tol ajal üsna tundmatu valdkond, siis jäi ka nende samal teemal avaldatud artikkel märkimisväärse tähelepanuta.<ref name="ajalugu" />
 
1933. aastal avastati sonoluminestsentsi nähtus. Kuna kavitatsioonimulli kollabeerumine on laetud väga suure hulga energiaga, siis võib mull lühiajaliselt emiteerida hästi nõrka ningja heledat valgust, mis on sähvatusena nähtav ka inimsilmale.<ref name="punane" />
 
Sonokeemia muutus aktuaalseks 1980. aastatel, kui saabusid odavamad ja usaldusväärsemad suure võimsusega ultraheligeneraatorid.<ref name="teineraamat" />
 
== Kavitatsioon ==
[[Pilt:Kavitatsiooni hot spot.png|pisi|Kavitatsioonimulli skeem.|vasakul]]
Kui vedelikku kiiritada võimsa heli või ultraheliga, tekib lahuses nähtus nimetusega kavitatsioon. Mullid formeeruvad, kasvavad ning seejärel kollabeeruvad, mille tagajärjel tekib tohutu energia.<ref name="artikkel" /> See energia tuleb mulli sisu soojendamiseks vedeliku osakeste [[Kineetiline energia|kineetilise energia]] muundumisest. Kavitatsioonimulli kollabeerumine on kiirem kui [[soojusülekanne]] ning seega tekib lühiajaline lokaliseeritud "kuum-kohtkuumkoht" ("hot-spot"). Eksperimentaalandmed näitavad, et nende kavitatsoonimullide [[temperatuur]] on umbes 5000 K, [[rõhk]] umbes 1000 atm ning soojenemis- ja jahtumiskiirused üle 10<sup>10</sup> K/s.<ref name="mullväärtus" /><ref name="mulliväärtus" /> Kavitatsioon tekitab ekstreemsed füüsikalised ja keemilised tingimused muidu jahedates vedelikes.
 
[[Pilt:Kavitatsioonimulli kollabeerumine.png|pisi|Kavitatsioonimulli kollabeerumine tahke aine pinna lähedal ningja mikrojoa formatsioon]]
Kiiritades ultraheliga lahust, mis sisaldab [[tahke]]t ainet, võib näha sarnast nähtust. Kui kavitatsioon ilmneb tahke aine pinna lähedal, pole kavitatsioonimull sfäärilise kujuga ning selle kollabeerumisel tekib mikrojuga, mis on suure energiaga ja suunatud tahke aine pinnale.<ref name="artikkel" /> See mikrojuga ja sellega seotud lööklained võivad materjalide pinda [[Erosioon|erodeerida]] või kahjustada, osakesi dispergeerida, muuta [[Reaktsioonivõime|reaktiivsust]] jne. Kavitatsiooni ilmnemisel vedeliku-pulbri [[suspensioon]]is tekivad lahuse osakeste vahel suure [[kiirus]]ega kokkupõrked. Need võivad muuta pindade morfoloogiat, kompositsiooni ja reaktiivsust.<ref name="liquidpowder" />
 
Sonokeemiliste reaktsioonide puhul kasutatakse ultraheli, mille sagedus jääb enamasti vahemikku 20&nbsp;kHz – 1&nbsp;MHz, kuid olenevalt reaktsioonist (või soovitavast tulemusest) rakendatakse ultraheli väga kindlal sagedusel. Aine keemilise reaktiivsuse tõstmiseks kasutatakse enamasti ultraheli, mille sagedus on 20–100&nbsp;kHz. Radikaalreaktsioonide initsieerimiseks kasutatakse enamasti ultraheli, mille sagedus jääb vahemikku 100–600&nbsp;kHz.<ref name="uusartikkel" /> Sonoluminestsentsi on aga täheldatud, kasutades ultraheli sagedusega 20&nbsp;kHz – 2&nbsp;MHz.<ref name="punane" />
 
Rakendades ultraheli teatud reaktsioonides, on võimalik vähendada ohtlike kemikaalide ningja solventide kasutamist, seeläbi lihtsustada protsessi. Samuti vähendada aja ningja tööjõu kulu, vältida ekstreemsete tingimuste kasutamist jne. Klassikalise metoodika järgi on vanaadium(III)kloori karbonüülimise reaktsiooniks vaja väga kõrget rõhku (200 atm) ningja temperatuuri (160&nbsp;°C). Kasutades ultraheli, on vajaminevaid tingimusi võimalik drastiliselt vähendada (vastavalt 4,4 atm ningja 10&nbsp;°C).<ref name="teineraamat" />
 
== Kasutusalad ==
128 257

muudatust