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聲化學(xué)是指利用超聲波 (ultrosound,縮寫(xiě)US)加速化學(xué)反應(yīng)或啟動(dòng)新的反應(yīng)通道，以提高化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)率或獲得新的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物,。
聲化學(xué)效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是空化效應(yīng)，包括氣核的出現(xiàn)、微泡的長(zhǎng)大和微泡的爆裂3步 ,。在機(jī)械波作用下 ，流體產(chǎn)生急劇的運(yùn)動(dòng),，由于機(jī)械波的變化,，使溶劑受到壓縮和稀疏作用，在機(jī)械波的稀疏相區(qū),，氣泡泡膨脹長(zhǎng)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(dāng)前認(rèn)為，機(jī)械波對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響,，其主要原因就是這些微泡在長(zhǎng)大以致突然破裂時(shí)能產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波,。據(jù)估算,，在微泡爆裂時(shí)，可以在局部空間內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)兆帕的壓力 ,，中心溫度可達(dá) 3000～5000K ,，對(duì)機(jī)械波場(chǎng)作用的解釋，尚未進(jìn)入分子水平,，而是停留在對(duì)分子群體的機(jī)械作用機(jī)制的水平上,。例如，對(duì)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(shí)，沖擊波在微空間導(dǎo)致的高溫高壓對(duì)傳質(zhì)和傳能的影響,。
那么,，什么是聲音與物質(zhì)的相互作用呢? 嚴(yán)格地講，是指聲波和物質(zhì)發(fā)生機(jī)械的或者是化學(xué)的相互作用,。早在20世紀(jì)60年代以前,，學(xué)界就已經(jīng)對(duì)聲波和物質(zhì)發(fā)生的機(jī)械作用進(jìn)行過(guò)深入研究，研究成果也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,。比如,，超聲醫(yī)學(xué)成像、超聲無(wú)損檢測(cè),、聲吶系統(tǒng)都可被視為聲波和物質(zhì)(媒質(zhì))發(fā)生物理作用,。而聲波與物質(zhì)又是如何發(fā)生化學(xué)作用的呢?原來(lái)，在固體和氣體中,，聲波不會(huì)與媒質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用,，而在液體中(可以是常見(jiàn)的水，也可以是有機(jī)液體如烴類,、醇類,、羚酸類等)，由于聲音傳播的非線性效應(yīng),，可以和媒質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用，這其中的科學(xué)機(jī)制就是被廣泛研究的聲波在液體中的“空化效應(yīng)"
空化效應(yīng): 聲音與物質(zhì)的“化學(xué)反應(yīng)"
在當(dāng)代英國(guó)聲學(xué)家楊的專著《空化效應(yīng)》一書(shū)的引言中,，楊回顧了空化效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)的歷史,，他認(rèn)為其研究歷程最早可以追湖至牛頓時(shí)代。生頓在研究光學(xué)時(shí)意外發(fā)現(xiàn)了液體中的小氣泡的運(yùn)動(dòng)一在外壓作用下體積的變化,，而這正是空化效應(yīng)所涉及的核心問(wèn)題,。
但是，空化效應(yīng)真正被重視并開(kāi)始廣泛研究則始于1876年,。那一年,，英國(guó)海jun的一艘高速驅(qū)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(duì)船的螺旋獎(jiǎng)進(jìn)行檢查,，發(fā)現(xiàn)原本光滑的螺旋獎(jiǎng)表面出現(xiàn)了大面積被腐蝕的凹點(diǎn)，工程師們不得其解,，只好求教著名的力學(xué)家瑞利,。瑞利經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)10余年的研究才發(fā)現(xiàn)，螺旋獎(jiǎng)表面被腐蝕不是由于海水的化學(xué)腐蝕,，而是物理機(jī)制,，水力空化效應(yīng)是元兇。原來(lái),，在螺旋槳快速旋轉(zhuǎn)時(shí),，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(jí),，最小的則是納米尺度。在壓力大的區(qū)域,，這些氣泡被快速壓縮,，氣泡發(fā)生非對(duì)稱變形，從而形成一個(gè)錐形的射流束直接沖擊螺旋獎(jiǎng)表面,。由于氣泡的壓縮過(guò)程極短,，在納秒和微秒之間，所以,，錐形射流束的速度ji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(qiáng)不低于10萬(wàn)個(gè)大氣壓,，任何已知的材料在如此巨大的壓強(qiáng)下都會(huì)被粉碎，金屬螺旋獎(jiǎng)表面就是被空化效應(yīng)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(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的著名方程一瑞利方程。通過(guò)對(duì)這個(gè)積分方程的近似解,，可以求出空化效應(yīng)終止后空化泡內(nèi)的溫度不低于3 000開(kāi)爾文(約2 725.85C),。如此高溫足以導(dǎo)致液體媒質(zhì)和空化泡內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生高溫裂解，從而引發(fā)一系列的自由基反應(yīng),。所以,，空化效應(yīng)可以直接在液體媒質(zhì)中引發(fā)化學(xué)反應(yīng),。與這些化學(xué)反應(yīng)相關(guān)的一門(mén)學(xué)科便被稱為聲化學(xué)。
超聲化學(xué)反應(yīng)可按介質(zhì)劃分為兩大類：①水相中的聲化學(xué),。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(xué)反應(yīng) ,。有機(jī)鹵化物 ,，如CH2Cl2 、CHCl3及CCl4在水介質(zhì)中接受超聲作用,，使碳?xì)滏I斷裂,，生成自由基。對(duì)蛋白質(zhì),、酶等生物分子的聲化學(xué)研究表明,，聲致氧化還原作用是導(dǎo)致很多簡(jiǎn)單產(chǎn)物的主要機(jī)制，例如：②非水液相中的聲化學(xué),。在該領(lǐng)域的研究工作尚處在起步階段,。研究主要集中在以下幾個(gè)方面：均相合成反應(yīng)；金屬表面上的有機(jī)反應(yīng),；相轉(zhuǎn)移反應(yīng),；固液兩相界面反應(yīng)；聚合及高分子解聚反應(yīng),。
總之,，聲學(xué)是一門(mén)與人類的生活、文明和生產(chǎn)息息相關(guān)的學(xué)科,，必將在今后的科技發(fā)展中發(fā)揮更大的作用,。