Sonochemistry
रसायन विज्ञान में, सोनोकैमिस्ट्री का अध्ययन तरल पदार्थों में ध्वनिक गुहा बनाने में अल्ट्रासाउंड के प्रभाव को समझने से संबंधित है, जिसके परिणामस्वरूप घोल में रासायनिक गतिविधि की शुरुआत या वृद्धि होती है। इसलिए, अल्ट्रासाउंड का रासायनिक प्रभाव विलयन में अणुओं के साथ अल्ट्रासोनिक ध्वनि तरंग की सीधी बातचीत से नहीं आता है। तरल पदार्थों के माध्यम से यात्रा करने वाली ध्वनि तरंगों के प्रभाव की सूचना पहली बार 1927 में रॉबर्ट विलियम्स वुड (1868-1955) और अल्फ्रेड ली लूमिस (1887-1975) ने दी थी। यह प्रयोग उस ऊर्जा की आवृत्ति के बारे में था जो ध्वनि तरंगों को पानी की बाधा में "प्रवेश" करने के लिए लेती थी। वे इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि ध्वनि पानी में तेजी से यात्रा करती है, लेकिन पृथ्वी के वायुमंडल की तुलना में पानी के घनत्व के कारण ध्वनि तरंगों को पानी में उनकी ऊर्जा को जोड़ने के लिए अविश्वसनीय रूप से कठिन था। अचानक घनत्व परिवर्तन के कारण, अधिकांश ऊर्जा खो जाती है, कांच के एक टुकड़े की ओर एक टॉर्च चमकाने के समान; कुछ प्रकाश कांच में संचारित होता है, लेकिन इसका अधिकांश हिस्सा बाहर की ओर परावर्तन करने के लिए खो जाता है। इसी तरह एक वायु-जल इंटरफेस के साथ, लगभग सारी ध्वनि पानी में संचारित होने के बजाय उससे परावर्तित होती है। बहुत शोध के बाद उन्होंने फैसला किया कि पानी में ध्वनि को फैलाने का सबसे अच्छा तरीका ध्वनि के साथ-साथ बुलबुले बनाना है। एक अन्य मुद्दा यह था कि कम आवृत्ति वाली तरंगों को बुलबुले की दीवारों में प्रवेश करने और बुलबुले के चारों ओर पानी तक पहुंचने में लगने वाले समय का अनुपात, उस बिंदु से पानी के शरीर के दूसरे छोर पर बिंदु तक के समय की तुलना में था। लेकिन इस लेख के क्रांतिकारी विचारों के बावजूद यह ज्यादातर किसी का ध्यान नहीं गया। सोनोकैमिस्ट्री ने 1980 के दशक में उच्च-तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड के सस्ते और विश्वसनीय जनरेटरों के आगमन के साथ एक पुनर्जागरण का अनुभव किया, जो अधिकांश पीजोइलेक्ट्रिक तत्वों के आसपास आधारित थे। भौतिक सिद्धांत अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों पर तरल के माध्यम से प्रसारित होने वाली ध्वनि तरंगों की तरंग दैर्ध्य आणविक आयामों या अणु में परमाणुओं के बीच बंधन की लंबाई से कई गुना अधिक होती है। इसलिए, ध्वनि तरंग बंधन की कंपन ऊर्जा को सीधे प्रभावित नहीं कर सकती है, और इसलिए एक अणु की आंतरिक ऊर्जा को सीधे नहीं बढ़ा सकती है। इसके बजाय, ध्वनि रसायन ध्वनिक कैविटेशन से उत्पन्न होता हैः एक तरल में बुलबुले का गठन, विकास और प्रभावपूर्ण पतन। इन बुलबुले का पतन एक लगभग एडियाबेटिक प्रक्रिया है, जिसके परिणामस्वरूप बुलबुले के अंदर ऊर्जा का बड़े पैमाने पर निर्माण होता है, जिसके परिणामस्वरूप सोनिकेटेड तरल के सूक्ष्म क्षेत्र में अत्यधिक उच्च तापमान और दबाव होता है। उच्च तापमान और दबाव के परिणामस्वरूप बुलबुले के भीतर या उसके बहुत पास किसी भी पदार्थ की रासायनिक उत्तेजना होती है क्योंकि यह तेजी से फटता है। ध्वनिक कैविटेशन के परिणामस्वरूप कई प्रकार के परिणाम हो सकते हैं, जिसमें सोनोल्युमिनेसेंस, प्राथमिक और द्वितीयक रेडिकल प्रतिक्रियाओं के गठन के कारण घोल में रासायनिक गतिविधि में वृद्धि, और नई, अपेक्षाकृत स्थिर रासायनिक प्रजातियों के गठन के माध्यम से रासायनिक गतिविधि में वृद्धि जो रासायनिक प्रभाव पैदा करने के लिए घोल में आगे फैल सकती है (उदाहरण के लिए, दो हाइड्रॉक्सिल रेडिकल के संयोजन से हाइड्रोजन पेरोक्साइड का गठन, जब पानी अल्ट्रासाउंड के संपर्क में आता है तो गिरने वाले बुलबुले के भीतर जल वाष्प के पृथक्करण के बाद)। उच्च तीव्रता वाली ध्वनि या अल्ट्रासाउंड के साथ विकिरण पर, ध्वनिक कैविटेशन आमतौर पर होता है। कैविटेशन-ध्वनि के साथ विकिरणित बुलबुले का गठन, विकास और प्रभावपूर्ण पतन-सोनोकैमिस्ट्री और सोनोल्युमिनेसेंस के लिए प्रेरणा है। तरल पदार्थों में बुलबुला के ढहने से तरल गति की गतिज ऊर्जा के बुलबुले की सामग्री को गर्म करने में परिवर्तन से भारी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न होती है। कैविटेशन के दौरान बुलबुले का संपीड़न थर्मल परिवहन की तुलना में अधिक तेज़ होता है, जो एक अल्पकालिक स्थानीयकृत गर्म स्थान उत्पन्न करता है। प्रयोगात्मक परिणामों से पता चला है कि इन बुलबुले का तापमान लगभग 5000 केल्विन, लगभग 1000 एटीएम का दबाव और 1010 केल्विन/सेकंड से अधिक ताप और शीतलन दर है। ये गुहाएँ अन्यथा ठंडे तरल पदार्थों में अत्यधिक भौतिक और रासायनिक स्थितियाँ पैदा कर सकती हैं। ठोस युक्त तरल पदार्थों के साथ, अल्ट्रासाउंड के संपर्क में आने पर इसी तरह की घटना हो सकती है। एक बार जब कैविटेशन एक विस्तारित ठोस सतह के पास होता है, तो गुहा पतन नॉनस्फेरिकल होता है और सतह पर तरल के उच्च गति वाले जेट को चलाता है। ये विमान और संबंधित आघात तरंगें अब अत्यधिक गर्म सतह को नुकसान पहुंचा सकती हैं। तरल-पाउडर निलंबन उच्च वेग अंतर-कण टकराव पैदा करते हैं। ये टकराव सतह की आकृति विज्ञान, संरचना और प्रतिक्रियाशीलता को बदल सकते हैं। सोनोकैमिकल प्रतिक्रियाओं के तीन वर्ग मौजूद हैंः तरल पदार्थों की सजातीय सोनोकैमिस्ट्री, तरल-तरल या ठोस-तरल प्रणालियों की विषम सोनोकैमिस्ट्री, और, उपरोक्त के साथ अतिव्यापी, सोनोकैटलिसिस (अल्ट्रासाउंड के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को उत्प्रेरित करना या बढ़ाना)। सोनोल्युमिनेसेंस उसी कैविटेशन घटना का एक परिणाम है जो सजातीय सोनोकैमिस्ट्री के लिए जिम्मेदार है। अल्ट्रासाउंड द्वारा प्रतिक्रियाओं की रासायनिक वृद्धि का पता लगाया गया है और मिश्रित चरण संश्लेषण, सामग्री रसायन विज्ञान और जैव चिकित्सा उपयोगों में इसके लाभकारी अनुप्रयोग हैं। क्योंकि कैविटेशन केवल तरल पदार्थों में हो सकता है, रासायनिक प्रतिक्रियाएं ठोस या ठोस-गैस प्रणालियों के अल्ट्रासोनिक विकिरण में नहीं देखी जाती हैं। उदाहरण के लिए, रासायनिक गतिविज्ञान में, यह देखा गया है कि अल्ट्रासाउंड कई प्रणालियों में रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता को दस लाख गुना तक बढ़ा सकता है; प्रभावी रूप से विषम उत्प्रेरक को सक्रिय करने के लिए कार्य करता है। इसके अलावा, तरल-ठोस इंटरफेस पर प्रतिक्रियाओं में, अल्ट्रासाउंड ठोस टुकड़ों को तोड़ देता है और सतहों के पास कैविटेशन से माइक्रोजेट पिटिंग और पास के कैविटेशन पतन द्वारा ठोस पदार्थों के विखंडन के माध्यम से सक्रिय साफ सतहों को उजागर करता है। यह ठोस अभिकारक को प्रतिक्रिया को आगे बढ़ाने के लिए सक्रिय सतहों का एक बड़ा सतह क्षेत्र देता है, जिससे प्रतिक्रिया की देखी गई दर बढ़ जाती है।, जबकि अल्ट्रासाउंड का अनुप्रयोग अक्सर उत्पादों के मिश्रण उत्पन्न करता है, नेचर पत्रिका में 2007 में प्रकाशित एक पेपर में एक निश्चित साइक्लोब्यूटेन रिंग-ओपनिंग प्रतिक्रिया को चुनिंदा रूप से प्रभावित करने के लिए अल्ट्रासाउंड के उपयोग का वर्णन किया गया है। अतुल कुमार ने अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके जलीय माइसेल्स में बहु-घटक प्रतिक्रिया हैंट्ज़स्क एस्टर संश्लेषण की सूचना दी है। कुछ जल प्रदूषक, विशेष रूप से क्लोरीनयुक्त कार्बनिक यौगिकों को सोनोकैमिक रूप से नष्ट किया जा सकता है। सोनोकैमिस्ट्री को स्नान (आमतौर पर अल्ट्रासोनिक सफाई के लिए उपयोग किया जाता है) का उपयोग करके या एक उच्च शक्ति जांच के साथ किया जा सकता है, जिसे अल्ट्रासोनिक हॉर्न कहा जाता है, जो एक पीजोइलेक्ट्रिक तत्व की ऊर्जा को पानी में प्रवाहित करता है और जोड़ता है, जो एक (आमतौर पर छोटे) बिंदु पर केंद्रित होता है। सोनोकैमिस्ट्री का उपयोग उन धातुओं को जोड़ने के लिए भी किया जा सकता है जो आम तौर पर जुड़ने के लिए संभव नहीं हैं, या धातु की सतह पर नए मिश्र धातु बनाते हैं। यह एल्यूमीनियम पन्नी की एक शीट का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक क्लीनर को कैलिब्रेट करने और छेद की गिनती करने की विधि से दूर से संबंधित है। बने छेद सतह के पास कैविटेशन के परिणामस्वरूप माइक्रोजेट पिटिंग का परिणाम हैं, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है। एल्यूमीनियम पन्नी के पतलेपन और कमजोरी के कारण, कैविटेशन के परिणामस्वरूप पन्नी जल्दी से विखंडित हो जाती है और नष्ट हो जाती है। यह भी देखें अल्ट्रासाउंड सोनिकेशन अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र होमोजेनाइजेशन (रसायन विज्ञान) सोनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री केनेथ एस. सुस्लिक संदर्भ बाहरी लिंक प्रो. के. एस. सुस्लिक सोनोकैमिस्ट्री द्वारा अल्ट्रासाउंड के रासायनिक और भौतिक प्रभाव-लघु समीक्षा और हालिया साहित्य सोनोकैमिस्ट्रीः ग्रेगरी चैटेल द्वारा हरित रसायन विज्ञान के लिए नए अवसर (यूनिवर्सिटी सेवोई मोंट ब्लैंक, फ्रांस) भौतिक घटना रसायन विज्ञान क्वांटम रसायन विज्ञान तरल गतिकी अल्ट्रासाउंड ध्वनिकी