Ультразвук становится мощным оружием химиков

Воздействие ультразвукового облучения на раствор полимера приводит к нескольким физическим эффектам. Среди них есть два основных - перевод запутанных полимерных цепей в линейную форму и формирование кавитационных пузырей, в которых при схлопывании выделяется энергии в виде тепла и ударных волн, что инициирует различные химические реакции, в основном за счет образования активных химических частиц - свободных радикалов.

Такого рода реакции были известны давно, сформировалось даже отдельное направление в науке, получившее название "сонохимии". Однако до последнего времени сонохимические реакции не отличались большой селективностью - они давали целый набор продуктов, из которого затем приходилось выделять необходимые. Практическое применение сонохимических реакций поэтому было крайне ограниченным.

Джеффри Мур (Jeffrey Moore) и его коллеги из университета штата Иллинойс предложили подход с использованием механофора - молекулярного фрагмента, состоящего из углеводородного циклического соединения, в котором кольцо составляют всего четыре атома углерода.

Столь малое количество атомов создает напряженное состояние у углеродного кольца, и при первой возможности оно раскрывается. В качестве импульса для такого разрыва использовали ультразвук. Раскрывшееся кольцо инициирует химическую реакцию в необходимом отрезке полимерной цепи.

Ученые видят несколько направлений развития этой работы. Одно из приложений может быть связано с полимерами, обладающими способностью к самовосстановлению после тех или иных повреждений. Та же группа ученых изобрела ранее полимеры со специальными микрокапсулами, способными полимеризоваться в определенных условиях и "залечивать" таким образом микротрещины.

Теперь вместо этих микрокапсул можно будет использовать механофоры, вводимые в полимеры, находящиеся под действием механической нагрузки. Механофоры в этом случае будут инициировать аналогичные реакции полимеризации с восстановлением свойств полимеров. Другое перспективное направление - сонохимический крекинг углеводородов.

В механохимию и сонохимию немалый вклад внесли советские ученые. Еще в 1928 году П.А.Ребиндер выступил на VI Всероссийском съезде физиков с докладом о поверхностной активности. Эта идея явно опередила свое время и не была по достоинству оценена.

В 60-х годах проблемами механохимии начали активно заниматься в Академии Наук (Институт физической химии и Институт химической физики), затем вопросами механической активации веществ и химических реакций заинтересовались и другие академические и отраслевые институты.