Особенности и возможности микроволновой химии
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
латиновой группы показало, что при микроволновом нагреве можно обойтись без восстановителей, причем степень извлечения родия, хрома, палладия при сорбции на сорбентах оказывается намного выше, чем при традиционном нагреве. Это позволяет говорить о возможности выбора условий получения заданных продуктов реакции, упрощении состава реакционных смесей, использовании стехиометрических соотношений реагирующих веществ, т.е. о появлении нового раздела аналитической химии - микроволновой аналитической химии [5].
Глава 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МВ-ИЗЛУЧЕНИЯ С
ВЕЩЕСТВОМ
МВ-излучение может взаимодействовать с веществами, находящимися в газообразном, жидком или твердом состоянии. На анализе взаимодействия МВ-излучения с молекулами основана широко используемая в научно-исследовательской практике радиочастотная спектроскопия, позволяющая получать информацию о свойствах молекул. Можно отметить, что по разным причинам препаративное проведение химических процессов в газовой фазе с использованием энергии МВ-поля пока еще не начато. Для химической практики наиболее интересно взаимодействие МВ-излучения с жидкими и твердыми веществами.
Заметное поглощение МВ-излучения наблюдается при облучении многих жидкостей и жидких растворов. Особенно сильное поглощение наблюдается в случае воды и водных растворов. Взаимодействие МВ-излучения с твердыми образцами может сопровождаться его отражением, поглощением и прохождением через объем образца без ослабления (рис. 1).
Твердые материалы по характеру взаимодействия с МВ-излучением можно разделить на три группы. К первой группе относятся металлы, гладкая поверхность которых полностью отражает МВ-лучи. При этом металл не нагревается, так как потерь энергии МВ-излучения в его объем практически нет. Если же поверхность металла шероховата, то МВ-излучение способно вызывать на таких поверхностях дуговой разряд.
Ко второй группе принадлежат диэлектрики, пропускающие МВ-излучение через свой объем практически неизмененным: плавленый кварц, различные стекла, фарфор и фаянс, полиэтилен, полистирол и фторопласты (тефлон и др.).
Наконец, к третьей группе принадлежат диэлектрики, при прохождении через объем которых происходит поглощение МВ-излучения, сопровождающееся, в частности, разогревом образцов. На практике для МВ-нагрева часто используют смеси, содержащие вещества, слабо и сильно поглощающие МВ-излучение. Меняя состав таких смесей, удается регулировать максимальную температуру нагрева смеси и состав образующихся продуктов реакций.
Принято долю исходной энергии МВ-излучения, поглощенную образцом и пошедшую на его разогрев, обозначать термином "потери" и называть коэффициентом потерь е". Отношение коэффициента потерь е" к диэлектрической постоянной г' облучаемого материала - это коэффициент рассеяния tg8 = е" / е' (тангенс потерь). Значение тангенса потерь характеризует способность данного материала при фиксированной температуре поглощать МВ-излучение определенной частоты и преобразовывать эту энергию в энергию теплового движения. При температуре 25 C значение tg 8 для разных веществ изменяется в тысячи раз. Так, при частоте около 2,5 ГГц значение tg 8 составляет для воды около 157, а для плавленого кварца - всего около 0,06.
Поглощение МВ-излучения обусловлено действием двух факторов. Во-первых, при наложении МВ-поля движение диполей (полярных молекул или иных обособленных групп атомов) приобретает определенную ориентацию, связанную с характером налагаемого поля. Когда интенсивность МВ-поля уменьшается, возникшая ориентация иiезает и хаотичность вращательного (и колебательного) движения молекул восстанавливается, при этом выделяется тепловая энергия. При частоте 2,45 ГГц ориентация диполей молекул и их разупорядочение может происходить несколько миллиардов раз в 1 с, что и приводит к быстрому разогреву образца. Для поглощения МВ-излучения по этому механизму необходимо, чтобы связь диполя с окружающими его в веществе атомами обеспечивала определенную свободу его вращательного (колебательного) движения. Если диполь связан с матрицей жестко и такие колебания слабы, то и заметного поглощения энергии МВ-поля по этому пути происходить не будет.
Второй фактор, особенно важный для тепловыделения при МВ-воздействии в водных растворах, обусловлен направленной миграцией присутствующих в растворе ионов под действием внешнего поля. Такая миграция ионов - это фактически протекающий через раствор электрический ток силой 7. Прохождение тока I через проводник с сопротивлением R приводит к выделению теплоты, пропорциональной IR2. Так как сопротивление R возрастает с ростом температуры, а сила переносимого ионами тока I - с ростом их концентрации, то оба этих фактора заметно влияют на тангенс потерь МВ-излучения в растворах.
В настоящее время теория еще не позволяет найти значения как tg 8, так и г' и е" для твердых тел, жидкостей или растворов чисто раiетным путем. Поэтому приходится эти значения для конкретного вещества определять экспериментально.
Глубина проникновения МВ-излучения в объем образца зависит от значения tg 8 и различна для разных материалов. Так, при частоте излучения 2,45 ГГц глубина проникновения МВ-излучения в твердые оксидные материалы составляет около 5 мм, для жидкой воды - около 3,5 см, а для некоторых стекол и полимерных материалов - несколько метров.
При облучении массивных образцов с в?/p>