Đặc trưng sinh nhiệt của vật chất với sự tác động của vi sóng chủ yếu dựa vào độ phân cực của nó. Khả năng chuyển hóa năng lượng điện từ thành nhiệt năng ở một tần số xác định được đặc trưng bằng một đại lượng được gọi là tanδ.
' '' tan Trong đó: ''
là sự tổn hao của điện môi, khả năng hấp thụ lượng điện từ hấp thụ được
'
là hằng số điện môi, là khả năng phân tử vật chất bị phân cực trong điện trường.
Một môi trường có tan lớn thì sẽ hấp thụ hiệu quả vi sóng và sẽ nóng lên nhanh.
Các dung môi có thể được sắp xếp vào các nhóm: Hấp thu vi sóng tốt (tan
> 0.5), nhóm hấp thu vi sóng trung bình (tan = 0.1-0.5) và nhóm hấp thu vi sóng
thấp (tan < 0.1).
Những dung môi không phân cực hoặc phân cực ít như carbontetrachloride, benzene và dioxane có giá trị tan thấp nên không được sử dụng làm dung môi trong các phản ứng được gia nhiệt bằng vi sóng. Các chất nền hoặc một số hóa chất
làm chất xúc tác trong các phản ứng tổng hợp bằng vi sóng là những chất có khả năng phân cực, có tính chất điện ly. Ngoài ra, trong phản ứng sử dụng phương pháp này người ta còn thêm vào môi trường phản ứng một số chất phân cực, ví dụ như
các dung dịch chứa ion.
Bảng 3: Giá trị tan của một số dung môi thông thường
(xác định ở tần số 2.45GHz, 20C) [1,3]
Dung môi tan Dung môi tan
Ethylene glycol 1.350 DMF 0.161
Ethanol 0.941 1,2-Dichloroethane 0.127
DMSO 0.825 Nước 0.123
2-Propanol 0.799 Chlorobenzene 0.101
acid Formic 0.722 Chloroform 0.091
Methanol 0.659 Acetonitrile 0.062
Nitrobenzene 0.589 Ethyl acetate 0.059
1-Butanol 0.571 Acetone 0.054
1,2-Dichlorobenzene 0.280 Dichloromethane 0.042
NMP 0.275 Toluene 0.040
acid Acetic 0.174 Hexane 0.020
Lý thuyết cơ bản của sự sản sinh nhiệt bởi vi sóng khi tác động lên vật chất
bao gồm sự khuấy động của các phân tử phân cực hoặc những ion được kích động
bởi sự dao động của sóng điện từ. Tuy nhiên sự chuyển động của các phân tử này bị
giới hạn bởi nhiều tác nhân dẫn đến các phân tử này sẽ dao động ngẫu nhiên và những va chạm ngẫu nhiên của các phân tử này là nguồn gốc sinh ra nhiệt.
Không phải tất cả các vật liệu đều có khả năng hấp thu vi sóng và bị đun
nóng. Tùy thuộc vào sự tương tác của vật liệu và vi sóng mà người ta sắp xếp như
sau:
- Vật liệu trong suốt với vi sóng: lưu huỳnh, thủy tinh, sành sứ,…
- Vật liệu phản xạ vi sóng: kim loại…
- Vật liệu hấp thu vi sóng: nước, ethanol,…
Cơ chế sinh nhiệt khi vật chất được chiếu xạ bằng vi sóng được giải thích như sau: