đại cương và ứng dụng của vi sóng trong hóa học

ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SĨNG  Là sóng điện từ  Bước sóng dài tia hồng ngoại ngắn sóng radio (1mm-1m)  Bản chất vi sóng sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng  Sóng điện từ đặc trưng bởi: • Tần số f tính Hertz • Vận tốc ánh sáng c • Độ dài sóng λ với cơng thức: λ= c/f 7/17/19 Vi sóng nằm phổ điện từ vùng hồng ngoại sóng vơ tuyến  Chúng hoạt động có hiệu phạm vi 0.3 30 GHz  Tuy nhiên, sử dụng phòng thí nghiệm thường mức 2.45 GHz Những dải tần số vi sóng 7/17/19 L 1-2 GHz S 2-4 GHz C 4-8 GHz X 8-12 GHz Ku 12-18 GHz K 18-26 GHz Ka 26-40 GHz Q 30-50 GHz U 40-60 GHz V 46-56 GHz Hình ảnh mơ tả vi sóng 7/17/19 Tính chất vi sóng:  Phản xạ bề mặt kim loại  Có thể xun qua khơng khí, gốm sứ, thủy tinh, polymer  Độ xuyên thấu tỷ lệ nghịch với tần số  Ngồi ra, lan truyền chân không, điều kiện áp suất cao… Sự lan truyền vi sóng 7/17/19 Năng lượng vi sóng:  Vi sóng gồm hai thành phần: điện trường E từ trường B  Năng lượng vi sóng yếu, khơng q 10-6 eV  Khơng đủ mạnh để cắt đứt nối hóa học 7/17/19 Nguồn gốc tác động vi sóng  Sự tương tác điện trường phân tử phân cực bên vật chất chuyển dịch có định hướng phân tử gây “ma sát” tăng nhiệt độ  Với chất lỏng, gia tăng nhiệt độ xảy nhanh gắn liền với tính phân cực  Với chất rắn, gia tăng nhiệt độ phụ thuộc hệ thống tinh thể chênh lệch mặt tỷ lượng gây tính chất phân cực chất rắn 7/17/19 Cơ chế tác động vi sóng Vi sóng tăng hoạt chọn lọc phân tử phân cực  Q trình chuyển hóa lượng điện từ thành lượng nhiệt thông qua chế: • Cơ chế quay cực phân tử • Cơ chế dẫn ion 7/17/19 Cơ chế quay cực phân tử  Xảy hợp chất không phân ly thành ion dung dịch  Khi lưỡng cực định hướng lại để xếp theo trường trường thay đổi tạo lệch pha hướng điện trường phân tử lưỡng cực hao hụt điện môi làm nóng vật chất 7/17/19 Sự hao hụt điện mơi ε = ε’ – j.ε’’  ε: số điện môi hợp chất -đại lượng đặc trưng cho khả bị phân cực điện trường hợp chất  ε’: phần thực số điện môi-đặc trưng cho khả bị phân cực điện trường lên hợp chất  ε’’: phần ảo số điện môi, đặc trưng cho hao hụt điện môi hay khả hấp thu lượng vi sóng hợp chất J = -1 7/17/19 Cơ chế dẫn ion  Áp dụng cho ion dung dịch, ion di chuyển dung môi ảnh hưởng điện trường => ma sát làm dung dịch nóng lên  Sự hao hụt điện mơi chịu thêm ảnh hưởng độ dẫn ion 2 ε ’’ = ω τ ( ε s – n )/( 1+ ω τ ) + σ/ω 7/17/19 10 Phản ứng ester hóa COOCH3 H2SO4 Thường Vi sóng Dung mơi DMF DMF Nhiệt độ phản ứng o 153 C Hiệu suất 58% 73% Thời gian phản ứng ngày 8h 7/17/19 o 196 – 198 C 18 Ứng dụng vi sóng lĩnh vực khác Nấu ăn lò vi ba  Chiết nitrat rau  Phát trái chín  Trong vật lý trị liệu  Trong vô tuyến chuyển tiếp 7/17/19 19 Nấu ăn lò vi ba Lò vi ba có phận chính: − Magnetron (nguồn phát sóng) − Mạch điện tử điều khiển − Ống dẫn sóng − Ngăn nấu 7/17/19 20 Mơ hình lò vi ba 7/17/19 21 Ngun tắc: Sóng vi ba: nguồn magnetron -> ngăn nấu -> phản xạ -> bị thức ăn hấp thu  Ngăn nấu: lồng Faraday gồm kim loại hay lưới kim loại  Tác dụng: hiệu với nước lỏng, không hiệu với chất béo, đường nước đá 7/17/19 22 Chiết nitrat rau  Nitrat ion độc có rau quả, hàm lượng lớn gây ảnh hưởng đến sức khỏe  Các phương pháp chiết nitrat: trắc quang, sắc ký, cực phổ, vi sóng …  Ưu điểm dùng vi sóng: • Thời gian chiết nhanh • Dịch chiết khơng có màu • Hiệu suất cao • Dễ sử dụng 7/17/19 23 Phát trái chín Hình ảnh trái chín nhờ qt ảnh vi sóng 7/17/19 24 Phát trái chín  Mục đích: đo lượng nước trái  Nguyên tắc: quét ảnh vi sóng, xác định xác định thời gian thu hoạch độ chín trái thơng qua màu sắc  Ưu điểm: an toàn liều thấp, dễ dàng xuyên qua nhiều dạng vật chất bị chặn nước 7/17/19 25 Trong vật lý trị liệu 7/17/19 26 - Trong vật lý trị liệu   Phương thức: • Tụ điện • Cảm ứng  Các tác dụng vi sóng: • Giảm đau • Chống viêm • Đối với mạch máu • Lên hệ thần kinh vận động 7/17/19 27 Trong vô tuyến chuyển tiếp 7/17/19 28 Trong vơ tuyến chuyển tiếp  Mục đích: chuyển hướng, tránh, vượt điểm chắn địa hình  Cấu tạo: • Bộ khuếch đại tạp âm • Các lọc băng thơng • Các phân nhánh định hướng • Thiết bị nguồn: điện ăc quy, pin lượng mặt trời 7/17/19 29 Trong vô tuyến chuyển tiếp 7/17/19 30 Ưu nhược điểm vi sóng  Thời gian phản ứng nhanh Ưu điểm  Hiệu suất cao  Có độ tinh khiết cao  Nhược điểm 7/17/19  Dung môi phân cực  Nhiệt độ cao  Ảnh hưởng sức khỏe 31 Kết luận  Sự đời vi sóng mở bước ngoặt cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác Đặc biệt ứng dụng hóa học nói riêng sống nói chung  Vì vậy, cần hiểu chế chất vi sóng để áp dụng ưu điểm 7/17/19 32 ... Sự lan truyền vi sóng 7/17/19 Năng lượng vi sóng:  Vi sóng gồm hai thành phần: điện trường E từ trường B  Năng lượng vi sóng yếu, không 10-6 eV  Không đủ mạnh để cắt đứt nối hóa học 7/17/19... bình lượng vi sóng: H2O, 1-butanol, 2butanol, aceton, acid acetic…  Dung môi hấp thu yếu lượng vi sóng: cloroform, THF, piridin, eter, pentan… 7/17/19 12 Ứng dụng vi sóng hố hữu  Vi sóng đóng... COOCH3 H2SO4 Thường Vi sóng Dung môi DMF DMF Nhiệt độ phản ứng o 153 C Hiệu suất 58% 73% Thời gian phản ứng ngày 8h 7/17/19 o 196 – 198 C 18 Ứng dụng vi sóng lĩnh vực khác Nấu ăn lò vi ba  Chiết