А де ми стикаємося з мікрохвильовою хімією?
Знову на кухні в мікрохвильовій пічці! Мікрохвильова хімія вивчає хімічні перетворення за участю твердих діелектриків і рідин, при впливі енергії мікрохвильового поля (МВП) або, що те ж саме, поля, тобто надвисокочастотного (НВЧ) -випромінювання.
Було виявлено, що МВП здатне в десятки і сотні разів прискорювати багато хімічні реакції, викликати швидкий об'ємний нагрів рідких і твердих зразків, ефективно (швидко і повністю) видаляти вологу з твердих, у тому числі і високопористих препаратів, регенерування різних сорбентів (наприклад, активованого вугілля і цеолітів).
МВП може взаємодіяти з речовинами, що знаходяться в газоподібному, рідкому або твердому стані. На аналізі взаємодії МВП з молекулами заснована широко використовувана в науково-дослідній практиці радіочастотна спектроскопія, що дозволяє отримувати інформацію про властивості молекул.
Мікрохвильова апаратура дозволяє прискорювати швидкість екстракції (Дуже важливо в поточних аналізах, при контролі якості і т.д.) на порядки, що скорочує час деяких аналізів з днів до десятків хвилин. Те ж стосується і пробоподготовки зразків для аналізу - Сьогодні на ринку мікрохвильових установок для цих цілей лідирують фірми CEM (США), Milestone (Італія) і Prolabo (Франція). Крім установок для розчинення проб ці фірми випускають муфельні мікрохвильові печі для озоления зразків, нагрівальні установки, що поєднують вакуумну відкачку з НВЧ-сушінням, мікрохвильові модулі для синтезу органічних сполук і одержання надчистих кислот.
Вплив МВП може призводити до деструкції молекул і появи в облучаемом зразку підвищеної концентрації вільних радикалів - Дуже реакционноспособних частинок. Це дозволяє в деяких випадках проводити з використанням МВ-опромінення хімічні реакції, початок яких зумовлено появою (зазвичай в рідкому середовищі) цих радикалів. Так як такі реакції здійснити без МВ-опромінення взагалі не вдається, то їх перебіг під дією МВ-випромінювання іноді називають мікрохвильовим катализом.
У побуті широко використовуються мікрохвильові печі при приготуванні їжі. Мікрохвильова піч є просто інший засіб нагріву їжі, але нагрівається не посуд, як будь-який звичайний спосіб нагріву, а безпосередньо те, що хочеться погріти. Це енергетично більш ефективно, а іноді ще й істотно зручніше / вигідніше звичайного нагріву. Нагрівання їжі відбувається за допомогою діелектричного нагріву, тобто перенесення енергії між мікрохвильовим полем і низькомолекулярними полярними складовими зразка, зазвичай - молекулами води. Полярні молекули намагаються повернутися таким чином, щоб вектор їх власного дипольного моменту був сонаправлени вектору електричної складової мікрохвильового поля. Якщо поле осциллирует швидше, ніж молекули фізично (за рахунок тертя і т.д.) можуть повернутися, то відбувається перенесення енергії між осцилюючими полем і не встигає за цим полем молекулярними диполями. Перенесення енергії йде на обертальні та коливальні рівні молекул, тобто призводить до ефективного нагріванню полярної середовища.
Всі комерційні мікрохвильові печі працюють на одній і тій же частоті - 2,45 ГГц. Ця частота була жорстко зафіксована спеціальним міжнародною угодою в незапам'ятні часи - щоб мікрохвильові печі не "фонілі» в діапазонах, що використовуються в телекомунікаційних системах. Мікрохвильову піч складно екранувати - вона сильно шумить на своїй частоті і в її околицях, тому мікрохвильовці раз і назавжди виділили одну частоту, на якій з тих пір ніхто більше нічого не робить.
Видається журнал «Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy», в якому публікують роботи, що відображають нові результати використання МВП, зокрема в хімії. Всього в різних журналах світу щорічно публікується понад 100 наукових повідомлень, присвячених цьому питанню, в США та інших країнах щорічно проводяться конференції з проблем мікрохвильової хімії. Можна почитати: Бердоносов С.С. Мікрохвильова хімія // Соросівський освітній журнал. 2001. Т.7. № 1. С. 32-38.
