Решения XXVI съезда КПСС ставят перед работниками советской науки и высшей школы новые задачи, связанные с ускорением научно-технического прогресса и сокращением сроков внедрения прогрессивной техники и технологии на основе новейших достижений науки. Это внесет большой вклад в успешное решение Продо-'вольственой программы, повышение производительности труда, охрану окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. В связи с этим весьма перспективным является применение достижений звукохимии — одного из новейших разделов современной физической химии и химии высоких энергий.
В настоящее время интенсивно разрабатываются различные области химии высоких энергий: радиационная химия (воздействие ионизирующих излучений "на вещество); фотохимия (действие видимого и ультрафиолетового излучения); лазерная химия, выделившаяся из общей фотохимии; плазмохимия (действие электрического разряда на вещество) и, наконец, звукохимия, изучающая химические реакции, возникающие под действием акустических колебаний в среде.
. В связи с широким внедрением ультразвука в химической технологии, металлургии, пищевой промышленности, машиностроении и других областях промышленности возникла потребность в создании курса по звукохимии для студентов, преподавателей и научных сотрудников вузов, в котором были бы отражены достижения ультразвуковой технологии и изложены теоретические основы звукохимии. Для углубленного изучения природы элементарных процессов, вызываемых ультразвуковыми волнами в жидкости, методически целесообразно одновременно со звукохимическими реакциями рассматривать механизм свечения жидкости в ультразвуковом поле — сонолюминесценции. Несмотря на большое количество оригинальных статей в обширной и бурно развивающейся области звукохимии, обзорная литература сравнительно бедна и данный труд является первым опытом написания книги специально по звуко-
химии и сонолюминесценции. Книги И. Е. Элышнера, Л. Д. Розен-берга и У. Мэзона, которые содержат лишь небольшой материал по химическому действию ультразвуковых волн и сонолюминесценции, были встречены с большим интересом и переведены во многих странах мира. Обзоры И. Е. Эльпинера «Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие» (1963) и «Биофизика ультразвука» (1973) в разделах, касающихся звукохимии и сонолюминесценции, к настоящему времени устарели. В монографиях Л. Бергмана «Ультразвук и его применение в науке и технике» (1957)., Л. Д. Ро-зенберга «Мощные ультразвуковые поля» (1968) и У. Мэзона «Физическая акустика» (1967) вопросам звукохимии уделено мало внимания. Книга А. И. Журавлева и В. Б. Акопяна «Ультразвуковое свечение» (1977) практически не содержит новых теоретических обобщений.
Основу данного учебного пособия составили классические ра-. боты, а также исследования, выполненные в последние годы, которые представляют принципиальный интерес. В книге обобщаются результаты работ советских и зарубежных исследователей, опубликованные до 1983 г. Так как звукохимия является одной из новых областей физической химии, находящейся на стыке нескольких наук, библиография предполагалась максимально полной, однако в учебном пособии пришлось рассмотреть лишь наиболее значительные публикации. При ссылке на многие экспериментальные работы указываются в основном обзоры, где эти работы рассматриваются.
Учитывая круг вопросов, подробно обсуждавшихся в книге А. Д. Перника «Проблемы кавитации» (1966), а также в упомянутых обзорах У. Мэзона и Л. Д. Розенберга, в предлагаемой книге -приводятся лишь основные сведения по вопросам динамики и уравнений движения кавитационных пузырьков. В книге достаточно подробно рассматриваются менее разработанные до последнего времени вопросы, которые мало освещены в обзорной литературе.
Экспериментальный материал используется для иллюстрации и подтверждения теоретических проблем. В книге подробно обсуж- j даются результаты исследования небольшого числа звукохимиче- 1 ских реакций, для которых достаточно полно исследованы основные '| кинетические закономерности и которые представляют наибольший' интерес для исследования энергетики процесса, а также для выяснения природы активных частиц, образующихся в кавитационном: пузырьке.
В данной книге конспективно рассматриваются вопросы промышленного применения ультразвука в ряде технологических процессов, даются ссылки на основные обзоры по этим проблемам и обсуждаются особенности технологического использования ультразвука по сравнению с другими физическими методами.
Один из разделов посвящен низкочастотным акустическим полям, которые пока не рассматривались в обзорной литературе; здесь отмечены некоторые экспериментальные результаты, которые представляют фундаментальный интерес в связи с исследованием природы кавитации. Работы последних лет показали, что в низко-
л
частотою oDj'iv^jj'-.-. „^„,,.-, „------------ _
что и в ультразвуковых полях. Поэтому, несомненно, звукохимия низкочастотных акустических полей, делающая лишь первые шаги, представляет не только теоретический интерес, но и будет широко использоваться в промышленности.
Можно надеяться, что данная книга будет стимулировать развитие теоретических, экспериментальных и, наконец, технологических работ с применением ультразвуковых волн. Для большей доступ-- ности материала изложение построено настолько подробно, что позволяет ознакомиться не только с конечными результатами, но и понять основные идеи и ход выводов.
Пособие предназначено для углубленного изучения современной физической химии студентами старших курсов и аспирантами различных физико-химических специальностей, при подготовке специалистов по ультразвуковой технологии, звукохимии, радиационной химии, плазмохимии, акустике, люминесценции, а также в других смежных областях физики и биофизики. Оно будет полезно специалистам, работающим в области химии высоких энергий, интересующихся проблемами звукохимии.
Значительное место занимают в книге исследования, проведенные в СССР, в том числе во Всесоюзном научно-исследовательском институте органического синтеза. Автор считает своим долгом поблагодарить директора института С. П. Черных за постоянное внимание к этой области науки и ее новым перспективным направлениям.
Автор выражает особую признательность Н. М. Эмануэлю, В. Н. Кондратьеву и В. Л. Тальрозе за поддержку и обсуждение ряда разделов книги, К. В. Топчиевой, М. И. Шахпаронову, А. Н. Мальцеву, Е. Н. Мокрому и А. К. Пикаеву, просмотревшим рукопись, а также Б. А. Агранату, В. А. Акуличеву, Ф. Л. Айзину, Л. А. Николаеву и В. Ф. Ноздреву за многие дискуссии и ценные советы. Автор благодарит рецензентов акад. Р. В. Кучера и проф. Л. Т. Бугаенко за полезные критические замечания.
Автор
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .............................. 3
Введение ............................... 6
§ 1. Предмет звукохимии..................... . . 6
§ 2. Очерк о развитии звукохимии ................ 7
§ 3. Экспериментальные методы звукохимии ............ 9
Глава 1. Звуковое поле и ультразвуковая кавитация ........ 15
§ 4. Акустическое поле и величины, характеризующие его (основные
понятия)............................. 15
§ 5. Акустическая кавитация в жидкостях ............. 17
§ 6. Зародыши кавитации в жидкостях .............. 19
§ 7. Пульсация и схлопывание навигационных, пузырьков...... 34
§ 8. Динамика развития навигационной области .......... 54
Глава 2. Экспериментальные и теоретические исследования звукохи-
мических реакций и сонолюминесценции.............. 62
§ 9. Влияние различных факторов на протекание звукохимических
реакций и сонолюминесценции................ 62
§ 10. Сонолюминесценция в различных жидкостях......... 66
§ 11. Физические процессы, приводящие к возникновению звукохимических реакций и сонолюминесценции............. 70
§ 12. Спектральные исследования сонолюминесценции ....... 87
§ 13. Первичные и вторичные элементарные процессы в кавитацион-
ном пузырьке ........................ 96
§ 14. Классификация ультразвуковых химических реакций .... 117 § 15. О механизме влияния газов на протекание звукохимических реакций .......,.................... 121
§ 16. Акустические поля при низких интенсивностях ........ 129
§ 17. Низкочастотные акустические поля ............. 134
Глава 3. Энергетика звукохимических реакций и физико-химических
процессов, вызываемых кавитацией ................ 142
§ 18. Основные пути преобразования энергии акустических колебаний . . . '.......................... 142
§ 19. Химико-акустический выход продуктов реакции (энергетический выход) ......................... 145
§ 20. Начальные химико-акустические выходы продуктов ультразвукового расщепления воды................... 147
§ 21. Энергетический выход сонолюминесценции .......... 149
§ 22. Зависимость скорости звукохимических реакций от интенсивности ультразвуковых волн .................. 151
§ 23. Зависимость скорости физико-химических процессов, вызываемых кавитацией, от интенсивности ультразвуковых волн ... 154
271
§ 24. Общие количественные закономерности............ 161 ]
§ 25. О соотношении между энергетическими выходами звукохимиче-
ских реакций и- сонолюминесценции............. 165
Глава 4. Кинетика ультразвуковых химических реакций ....... 174
§ 26. Стационарное состояние для концентрации радикалов, усредненной по периоду колебаний и объему (первое приближение) . . 174 § 27. Изменение концентрации радикалов, усредненной по объему
(второе приближение) .................... 179
§ 28. Кавитационно-диффузионная модель пространственно-временного распределения радикалов (третье приближение) ..... 185
§ 29. Место энергии ультразвуковых волн среди других физических
методов воздействия на вещество .............. 202
§ 30. Особенности распространения теплоты от кавитационного пузырька . •.......................... 209
Глава 5. Звукохимия воды и" водных растворов ........... 213
§31. Основные особенности полученных экспериментальных результатов............................ 213
§ 32. Сонолиз растворов хлоруксусной кислоты. О возникновении гид-
ратированных электронов в поле ультразвуковых волн .... 217 § 33. Окисление сульфата железа (II) в поле ультразвуковых волн 222 § 34. Восстановление сульфата церия (IV) в поле ультразвуковых
. ' волн............................. 225 '
§ 35. Синтез пероксида водорода при сонолизе воды и водных растворов формиатов ................., . . . . 228
§ 36. Расчет величин начальных химико-акустических выходов . . . 232 § 37. Звукохимические реакции в воде и водных растворах в атмосфере азота ......................... 241
§ 38. Инициирование ультразвуковыми волнами цепной реакции сте-
реоизомеризадии этилен-1,2-дикарбоновой кислоты и ее эфиров 250 j 'Заключение. Перспективы применения ультразвуковых волн в науке, технике и медицине.......................... 255
Литература.............................. 262
Предметный указатель . ................ . . 268
Цена: 150руб.
