聲化學的神奇之處

時間：2023-08-28

聲化學是指利用超聲波 (ultrosound,縮寫US)加速化學反應或啟動新的反應通道，以提高化學反應產(chǎn)率或獲得新的化學反應產(chǎn)物。

聲化學效應的實質是空化效應，包括氣核的出現(xiàn)、微泡的長大和微泡的爆裂3步。在機械波作用下，流體產(chǎn)生急劇的運動，由于機械波的變化，使溶劑受到壓縮和稀疏作用，在機械波的稀疏相區(qū)，氣泡泡膨脹長大，并為周圍的液體蒸氣或氣體充滿。在壓縮相區(qū)，氣穴很快塌陷、破裂，產(chǎn)生大量微泡，它們又可以作為新的氣核。當前認為，機械波對化學反應的影響，其主要原因就是這些微泡在長大以致突然破裂時能產(chǎn)生很強的沖擊波。據(jù)估算，在微泡爆裂時，可以在局部空間內產(chǎn)生高達兆帕的壓力，中心溫度可達 3000～5000K ，對機械波場作用的解釋，尚未進入分子水平，而是停留在對分子群體的機械作用機制的水平上。例如，對固體表面的氣蝕與潔凈作用；不混溶液體的乳化作用；微泡爆裂時，沖擊波在微空間導致的高溫高壓對傳質和傳能的影響。

那么，什么是聲音與物質的相互作用呢? 嚴格地講，是指聲波和物質發(fā)生機械的或者是化學的相互作用。早在20世紀60年代以前，學界就已經(jīng)對聲波和物質發(fā)生的機械作用進行過深入研究，研究成果也已經(jīng)被廣泛應用。比如，超聲醫(yī)學成像、超聲無損檢測、聲吶系統(tǒng)都可被視為聲波和物質(媒質)發(fā)生物理作用。而聲波與物質又是如何發(fā)生化學作用的呢?原來，在固體和氣體中，聲波不會與媒質發(fā)生化學作用，而在液體中(可以是常見的水，也可以是**液體如烴類、醇類、羚酸類等)，由于聲音傳播的非線性效應，可以和媒質發(fā)生化學作用，這其中的科學機制就是被廣泛研究的聲波在液體中的“空化效應”

空化效應: 聲音與物質的“化學反應”

在當代英國聲學家楊的專著《空化效應》一書的引言中，楊回顧了空化效應被發(fā)現(xiàn)的歷史，他認為其研究歷程較早可以追湖至牛頓時代。生頓在研究光學時意外發(fā)現(xiàn)了液體中的小氣泡的運動一在外壓作用下體積的變化，而這正是空化效應所涉及的**問題。

但是，空化效應真正被重視并開始廣泛研究則始于1876年。那一年，英國**海軍的一艘高速驅逐艦下水試航，但是不久就航速下降，航行噪聲增加。工程師對船的螺旋獎進行檢查，發(fā)現(xiàn)原本光滑的螺旋獎表面出現(xiàn)了大面積被腐蝕的凹點，工程師們不得其解，只好求教*的力學家瑞利。瑞利經(jīng)過長達10余年的研究才發(fā)現(xiàn)，螺旋獎表面被腐蝕不是由于海水的化學腐蝕，而是物理機制，水力空化效應是元兇。原來，在螺旋槳快速旋轉時，在海水中可以形成壓力波，在壓力小的區(qū)域，海水中的溶解氣體(主要是空氣)析出，形成小氣泡。這些氣泡的直徑不等，較大的為毫米量級，較小的則是納米尺度。在壓力大的區(qū)域，這些氣泡被快速壓縮，氣泡發(fā)生非對稱變形，從而形成一個錐形的射流束直接沖擊螺旋獎表面。由于氣泡的壓縮過程較短，在納秒和微秒之間，所以，錐形射流束的速度較高，一般在4~5千米/秒。如此高速的水束沖擊金屬表面，其形成的壓強不**10萬個大氣壓，任何已知的材料在如此巨大的壓強下都會被粉碎，金屬螺旋獎表面就是被空化效應的錐形射流束沖擊腐蝕的。

直到1911年，瑞利才建立了描述空化效應動力學過程的*方程一瑞利方程。通過對這個積分方程的近似解，可以求出空化效應終止后空化泡內的溫度不**3 000開爾文(約2 725.85C)。如此高溫足以導致液體媒質和空化泡內的物質發(fā)生高溫裂解，從而引發(fā)一系列的自由基反應。所以，空化效應可以直接在液體媒質中引發(fā)化學反應。與這些化學反應相關的一門學科便被稱為聲化學。

超聲化學反應可按介質劃分為兩大類：①水相中的聲化學。在超聲作用下，水分解為氫氧自由基和氫原子，由此可誘發(fā)出一系列化學反應。**鹵化物，如CH2Cl2 、CHCl3及CCl4在水介質中接受超聲作用，使碳氫鍵斷裂，生成自由基。對蛋白質、酶等生物分子的聲化學研究表明，聲致氧化還原作用是導致很多簡單產(chǎn)物的主要機制，例如：②非水液相中的聲化學。在該領域的研究工作尚處在起步階段。研究主要集中在以下幾個方面：均相合成反應；金屬表面上的**反應；相轉移反應；固液兩相界面反應；聚合及高分子解聚反應。

總之，聲學是一門與人類的生活、文明和生產(chǎn)息息相關的學科，必將在今后的科技發(fā)展中發(fā)揮較大的作用。

詞條
詞條說明
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? ? ? 在石油化工生產(chǎn)過程中，常需要對原油乳化液的進行破乳脫鹽脫水和對污油進行破乳脫水。目前的石油工業(yè)中，破乳技術除了傳統(tǒng)的化學破乳脫水法、電脫鹽脫水法和熱沉降等方法外，超聲波作為一種新型的破乳方法具有廣闊的應用前景。? ? ? 超聲波破乳脫水技術是一種共性技術，可用于簡單的各類油品破乳脫水，也可作為原油電脫鹽過程的強化預處理，以達到
功律牌超聲波液體處理設備的介紹
? ? ? 超聲波液體處理設備在高強度超聲波下引起液體的超聲波空化。它可以看作是在超聲波喇叭附近形成的一團氣泡?？栈a(chǎn)生劇烈的、不對稱的真空氣泡內爆，從而產(chǎn)生具**械剪切力的微射流。這些力使超聲波能夠推動許多物理和化學過程向前發(fā)展。作用在介質上的超聲波能量會引起質量塊的高速和精細振動，從而產(chǎn)生速度、附加聲壓、聲強和其他機械量的變化，從而起到提取、粉碎、乳化、分散、消泡
超聲波縫紉機芯材產(chǎn)品介紹
? ? ?超聲波縫紉機的**由35K超聲波縱向振動傳感器，喇叭的**部分，圓盤形**器，喇叭的*二部分以及**的驅動電源組成。其工作原理是超聲波驅動電源將市電轉換為高頻高壓交流電，輸出到超聲波換能器，帶動圓盤表面的頻率振動。? ? ? ?換能器在縱向上來回拉伸，頻率等于驅動電源提供的交流電的頻率，即35K，伸縮位移約為幾微米。喇