Ultrasunete

Aplicaţiile chimice ale ultasunetelor, ”sonochimia”,au format un domeniu nou de cercetare la sfârşitul decadei trecute.Totuşi,istoria sonochimiei incepe la sfârşitul anilor 1800.În timpul unui test al unui torpilor de mare viteză în 1894,Sir John I. Thornycroft şi Sydney W. Barnaby descoperă vibraţii puternice datorate erodării propulsorului navei.Aceştia observă formarea unor bule (cavitaţi) datorate rotaţiei elicei propulsorului şi postulează că formarea şi implozia acestor bule sunt sursele problemelor apărute în degradarea elicelor.Prin mărirea dimensiunilor elicei şi mărirea ratei de rotaţie,au putut diminua acest fenomen.Pe măsura ce viteza creştea,fenomenul a devenit un adevarat motiv de îngrijorare pentru Royal Navy,Lord Rayleigh fiind numit să investigheze aspectele legate de acest fenomen.S-a confirmat că acest efect era datorat turbulenţelor enorme ,căldurii şi presiunii din timpul imploziei bulei pe suprafaţa elicei propulsorului.În aceeaşi lucrare,el explică formarea sunetelor ascuţite datorate aceluiaşi fenomen.

Manifestarea aceasta apare în lichide nu numai în timpul unei curgeri turbulente ci şi atunci când acestea sunt supuse unei iradieri ultrasonice.Ultrasunetele sunt responsabile atât pentru erodarea elicei propulsorului cât şi pentru efectele chimice datorate lor.Alfred L. Loomis observa efectele ultrasunetelor în procesele chimice în 1927,dar nu se insistă pe acest domeniu de cercetare timp de aproape 60 de ani.Renaşterea sonochimiei apare în 1980,după punerea la dispoziţie în laboratoare a generatoarelor de ultrasunete de mare putere ,accesibile ca preţ.

Cercetări amănunţite au stabilit că efectele ultrasunetelor sunt diverse şi includ o îmbunataţire substanţială a reacţiilor stoichiometrice şi catalitice.În anumite cazuri,iradierea ultrasonică poate mării reactivitatea chimică de aproape un million de ori.Efectele ultrasunetelor în chimie se regăsesc in 3 zone de cercetare:sonochimia omogenă a lichidelor,sonochimia eterogenă a sistemelor lichid-lichid sau lichid-solid şi sonocataliza(care le înglobează pe primele două¬).Deoarece fenomenul de cavitaţie ia naştere in sistemele lichide,reacţiile chimice în general nu au loc în timpul iradierii ultrasonice a solidelor sau a sistemelor solid-gaz.

Iradierile ultrasonice diferă datorită sursei tradiţionale de energie(din punct de vedere a căldurii,luminiscenţă sau radiaţie ionizantă) în durată,presiune şi energie/moleculă.Datorită presiunii şi temperaturii imense,a ratei extraordinare de încălzire şi răcire generate de implozia bulei cavitare,ultrasunetele asigură un mecanism neobişnuit de generare a reacţiilor chimice de mare energie.

Sunet,Ultrasunet şi Cavitate

Sunetul este nimic mai mult decât o undă de compresie şi expansiune ce străbate gaze,lichide sau solide.Putem să percepem aceste sunete direct cu aparatul auditiv dacă au o frecvenţă nu mai mare de 16kHz(Hertz-ul fiind unitatea ce descrie ciclurile de compresie şi expansiune/secundă;kilohertz abreviat kHz,reprezintă 1000cicluri/secundă).Această frecvenţă este similară cu cea a undelor radio de joasă frecvenţă,dar sunetul este intrinsec diferit de undele radio sau alte radiaţii electromagnetice.De exemplu,radiaţiile electromagnetice(unde radio,infraroşu,lumină din spectrul vizibil,ultraviolet,raze-x,radiaţii gama)pot trece cu uşurinţă prin vid ;pe de altă parte,sunetul nu poate datorită faptului că undele de compresie si expansiune trebuie să conţină o formă de materie.

Sunetele de mare intensitate şi ultrasunetele sunt produse în general într-o manieră asemanătoare:energia electrică este folosită să producă mişcarea unei suprafeţe solide,asemanător membranei unei boxe sau unei ceramice piezoelectrice.Materialele piezoelectrice se dilată şi se contractă atunci când un câmp electric le este aplicat.Pentru ultrasunete,se aplică un curent alternativ de inaltă frecvenţă unui piezoelectric placat pe feţele perpendicular pe axa electrică,cu metal (Ag).Materialul piezoelectric este fixat într-o manieră specială în care pe cele două feţe metalizate se aplică un current de înaltă frecvenţă.