Особенности и возможности микроволновой химии
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
ывается, что кристаллогидраты по их отношению к МВ-полю можно разделить на три группы. К первой группе принадлежат кристаллогидраты, которые поглощают МВ-излучение так сильно, что в них при наложении МВ-поля немедленно вспыхивает разряд и происходит глубокое разложение образцов (кристаллогидраты многих нитратов, органические кристаллогидраты). Ко второй группе можно отнести кристаллогидраты, которые из-за особенностей внутреннего строения МВ-излучение вообще не поглощают (например, кристаллогидраты некоторых фоiатов и сульфатов). Кристаллогидраты как первой, так и второй группы для МВ-обработки непригодны. И наконец, третью группу составляют кристаллогидраты, которые под действием МВ-излучения постепенно (за несколько десятков секунд или минут в зависимости от мощности излучения) разогреваются, что сопровождается удалением воды из их объема. К числу таких кристаллогидратов принадлежат, например, гипс CaSO4 2H2O, ВаС12 2Н2О, тетраборат натрия Na2B4O7 5H2O, кристаллогидраты некоторых фторидов переходных металлов, Р-дикетонатные комплексы металлов. В этих случаях с помощью МВ-излучения можно, во-первых, быстро удалить из кристаллогидратов адсорбционную, слабо связанную воду (и получить, например, тетраборат натрия точного состава Na2B4O7 4,75H2O), а также осуществить полное обезвоживание веществ.
Интересно, что центрами поглощения МВ-энергии в кристаллогидратах выступают протяженные дефекты. Около этих дефектов формируются зоны дегидратации. Так как граница между исходным и обезвоженным веществом сама по себе представляет протяженный дефект, то распространение зоны дегидратации носит фронтальный характер.
Нами обнаружено, что небольшое дозированное воздействие МВ-поля малой мощности на частицы, например, порошка гипса CaSO4 2H2O, не приводящее к разогреву образца и изменению его химического состава, приводит к нетермическому отжигу части объемных дефектов микрочастиц гипса.
Оказалось, что в результате МВ-обработки, не связанной с нагреванием образца, термическая устойчивость кристалликов гипса заметно возрастает. Другие кристаллогидраты при обработке МВ-полем малой мощности ведут себя иначе. Так, если предварительно таким способом обработать некоторые кристаллогидраты фторидов переходных металлов, то при термическом нагреве до 500С из этих материалов удается удалить влагу более полно, чем в том случае, когда термической дегидратации подвергали образцы, которые предварительно МВ-полем не облучали.
Перспективно использование МВ-излучения для регенерации различных осушителей и сорбентов, например активированного угля и цеолитов. При этом МВ-обработка может приводить к увеличению сорбционной емкости таких материалов и повышению их эффективности как сорбентов.
Неорганический синтез. Многие неорганические вещества (оксиды, сульфиды, карбиды, некоторые кислородсодержащие соли) способны интенсивно поглощать МВ-излучение и при этом со скоростью более 100 град/мин разогреваться до температуры 1000C и выше, что используют при синтезе различных неорганических материалов, в том числе и высокотемпературных сверхпроводников. Достоинство такого нагрева состоит, в частности, в том, что удается избежать неконтролируемого изменения состава исходной шихты и осуществить равномерное спекание по всему объему исходной шихты. При проведении таких синтезов используют как смеси, состоящие из компонентов, каждый из которых способен поглощать МВ-излучение и нагреваться под его действием, так и смеси, в которых МВ-излучение поглощает только один или несколько из всех исходных реагентов. Иногда для обеспечения нужной температуры нагрева в шихту дополнительно вводят химически инертный материал, способный интенсивно поглощать МВ-излучение, или материал, не поглощающий МВ-излучения и обеспечивающий снижение температуры процесса.
С использованием МВ-излучения удается быстро синтезировать такие неорганические соединения, как ZnTe, CuInS2, CrC3, WC6, TiN, CrS, KVO3, CuFe2O4, BaWO4, La185Sr015CuO4 и многие другие. Наконец, МВ-излучение позволяет получить новую информацию о свойствах некоторых неорганических веществ. Так, при использованием нестандартного МВ-излучения частотой 35 ГГц удалось обнаружить новые полиморфные превращения в твердом кислом сульфате аммония (NH4)3H(SO4)2 при 242 и 222 К.
Органический синтез. Использование МВ-излучения позволяет в десятки раз ускорить осуществление многих органических реакций, повысить выход целевого продукта, направить реакцию по нужному пути (с использованием МВ-катализа). МВ-излучение применяют в органическом синтезе при проведении реакций в условиях нормального давления, а также под повышенным давлением с использованием автоклавов, изготовленных из материалов, прозрачных к МВ-полю. При этом учитывают, во-первых, способность МВ-излучения вызывать быстрый и значительный разогрев многих органических растворителей и, во-вторых, способность МВ-излучения активировать молекулы реагентов и особенно вызывать их диссоциацию на ионы и свободные радикалы.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что значения констант скоростей некоторых реакций в условиях МВ-облучения возрастают примерно в 20-30 раз и более (в области температур 120-170C). Большое число опубликованных работ посвящено также использованию МВ-излучения для синтеза различных металлоорганических соединений.
Учитывая, что МВ-нагрев позволяет резко сократить длительность проведения органических реакций, его использование эффективно при синтезе различных органических соеди