Sonokimya, 1980'lerin ortalarında ve sonlarında geliştirilen yeni bir disiplinler arası konudur. Yerel sıcak noktalar oluşturmak için ultrasonik kavitasyon etkisi kullanır. 4000-6000k aşırı mikro ortamda, 100MPa basınçta ve 109K/s hızlı soğutma hızında kimyasal reaksiyonlara neden olabilir. Son yıllarda, kimya alanında ultrason uygulaması hakkında çok sayıda araştırma raporu bulunmaktadır. Birçok bilim adamı, kimyasal reaksiyon sürecini değiştirmek ve iyileştirmek veya bazı garip reaksiyon fenomenleri bulmak için ultrason tarafından oluşturulan özel ortamı kullanmaya çalışarak, kendi araştırmalarına ultrasonu dahil eder.
Sonokimya, sonik ailesinin bir üyesidir.
Güç özellikleri - havada ses dalgaları yayıldığında, havadaki parçacıkları ileri geri titreştirmek ve parçacıklar üzerinde iş yapmak için iterler. Ses dalgası gücü, ses dalgası işinin hızını gösteren fiziksel niceliktir. Aynı yoğunlukta, ses dalgasının frekansı ne kadar düşükse, sahip olduğu güç o kadar büyük olur. Ultrasonik dalganın yüksek frekansı nedeniyle, ultrasonik dalganın gücü genel ses dalgasına kıyasla çok büyüktür.
Kavitasyon: ultrasonik dalga sıvı içinde yayıldığında, sıvı parçacıklarının şiddetli titreşimi nedeniyle sıvıda küçük boşluklar üretilecektir. Bu küçük boşluklar hızla genişler ve kapanır, bu da sıvı partiküller arasında şiddetli bir etkiyle sonuçlanır ve bu da binlerce ila on binlerce atmosfer basıncına neden olur. Parçacıklar arasındaki yoğun etkileşim, sıvının sıcaklığını aniden yükseltecek ve karıştırmada iyi bir rol oynayacak, böylece iki karışmaz sıvı (su ve yağ gibi) emülsifiye edilecek ve çözünen çözünme ve kimyasal reaksiyon hızlandırılacaktır. . Sıvıdaki ultrasonik etkinin neden olduğu bu tür etkiye ultrasonik kavitasyon denir.
Kimyasal reaksiyonda ultrason uygulaması reaksiyon hızını artırabilir, reaksiyon süresini kısaltabilir, reaksiyonun seçiciliğini iyileştirebilir ve ultrason olmadan gerçekleşemeyecek kimyasal reaksiyonu uyarabilir. Eşsiz reaksiyon özellikleri nedeniyle sonokimya geniş ilgi görmüş ve sentetik kimyadaki en önemli ve aktif araştırma alanlarından biridir.
Sonokimya, organik sentetik kimya, nano malzeme hazırlama, biyokimya, analitik kimya, polimer kimyası, polimer malzemeler, yüzey işleme, biyoteknoloji ve çevre koruma gibi kimyanın her alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Ultrasonik kimya, kimyasal reaksiyonu hızlandırmak ve kontrol etmek, reaksiyon hızını iyileştirmek ve yeni kimyasal reaksiyon başlatmak için güç ultrasonunun kavitasyon fenomenini kullanan bir olgudur. 1980'lerde ortaya çıkan öncü disiplinlerarası bilim, kimyasal reaksiyonu hızlandırma, reaksiyon koşullarını azaltma, reaksiyon indüksiyon süresini kısaltma ve geleneksel yöntemlerle gerçekleştirilmesi zor olan bazı kimyasal reaksiyonları gerçekleştirebilme özelliklerine sahiptir. Ses enerjisi ve madde arasındaki benzersiz bir etkileşimdir.
Ortamda ultrasonik yayılma sürecinde alternatif bir pozitif ve negatif basınç periyodu vardır. Pozitif basınç fazında, ortam moleküllerinin ultrasonik dalga tarafından ekstrüzyonu nedeniyle sıvı ortamın orijinal yoğunluğu artarken, negatif basınç fazında ortamın yoğunluğu azalır.
Sıvı ortama yeterince büyük genliğe sahip ultrasonik dalga uygulandığında, negatif basınç bölgesindeki moleküller arasındaki ortalama mesafe, sıvı ortamı değişmeden tutmak için kritik moleküler mesafeyi aşacak ve sıvı ortam kırılacak ve mikro kabarcıklar oluşturacaktır. kavitasyon baloncuklarına dönüşecektir. Sonraki sıkıştırma işleminde bu kavitasyon baloncukları sıkıştırılır, hacimleri küçülür ve hatta bazıları tamamen kaybolur.
Rezonans aşaması sona erdiğinde, kavitasyon balonu artık kararlı değildir. Bu sırada kavitasyon balonundaki basınç artık kendi boyutunu destekleyemez, yani çökmeye veya kaybolmaya başlar. Bu işleme kavitasyon veya çukurlaşma denir.
Kavitasyonun neden olduğu reaksiyon koşullarının değişimi, kimyasal reaksiyonun hızını ve verimini artıran kimyasal reaksiyonun termodinamiğinin değişmesine yol açar.
Yayılma sürecinde, ultrasonik dalga ortamla etkileşime girer ve ortamın durumunu, bileşimini, yapısını, işlevini ve özelliğini değiştirebilen faz ve genlik değişir. Bu tür değişime ultrasonik etki denir. Ultrason ve ortam arasındaki etkileşim, termal mekanizma, mekanik mekanizma ve kavitasyon mekanizmasına ayrılabilir.
(1) Termal mekanizma: ultrasonik dalga ortamda yayıldığında, titreşim enerjisi ortam tarafından sürekli olarak emilir ve ortamın sıcaklığını artıran ısıya dönüştürülür. Ortamın sıcaklığını yükseltmenin bu etkisine ultrasonun termal mekanizması denir.
(2) Mekanik mekanizma: Frekans düşük olduğunda, absorpsiyon katsayısı küçüktür ve ultrasonik etki süresi çok kısadır, ultrasonik etkiye belirgin termal etki eşlik etmez. Bu sırada ultrasonik etki mekanik mekanizmaya atfedilebilir, yani ultrasonik etki akustik alanı temsil eden mekanik miktarın katkısından gelir. Ultrasonik aynı zamanda mekanik enerji iletiminin bir şeklidir. Başlangıç yer değiştirmesi, titreşim hızı, ivme ve ses basıncı gibi mekanik parametreler ultrasonik etkiyi tanımlayabilir.
(3) Kavitasyon mekanizması: ultrasonik sonokimyasal etkinin ana mekanizmalarından biri akustik kavitasyondur (kabarcık oluşumu, büyüme ve parçalanma dahil). Bu fenomen, yüksek yoğunluklu ultrason tarafından üretilen sıvıdaki kabarcıklar ve yüksek yoğunluklu ultrason etkisi altında kabarcıkların özel hareketi olmak üzere iki yönü içerir.
Ultrasonik dalga, konsantre enerji ve güçlü penetrasyon özelliklerine sahip bir tür yüksek frekanslı mekanik dalgadır. Ultrasonik dalga, yoğunluğu değişen bir dizi uzunlamasına dalgadan oluşur ve sıvı ortam boyunca yayılır. Ses enerjisi yeterince yüksek olduğunda, sıvı fazdaki moleküller arası çekim gevşek yarı periyotta kırılacak ve kavitasyon çekirdeği oluşacaktır. Kavitasyon yapan çekirdeğin ömrü yaklaşık 0.1 μ s'dir. Patlama anında yaklaşık 4000-6000 K ve 100 MPa'lık yerel yüksek sıcaklık ve basınç ortamı üretebilir ve güçlü darbe kuvveti ve yaklaşık 110 m/s hızında mikro jet üretebilir. Bu fenomene ultrasonik kavitasyon denir.
Sonokimyasal reaksiyon, esas olarak, sonokimyasal reaksiyonun ana gücü olan akustik kavitasyon mekanizmasından gelir. Bu koşullar, kavitasyon kabarcıklarında kimyasal bağ kırılması, sulu yanma, piroliz veya radikal reaksiyona neden olmak için yeterlidir.