1 Химическое равновесие в гомогенных системах 10
1.1 Факторы, влияющие на смещение равновесия химического процесса в
реальных системах 11
1.1.1 Влияние температуры 11
1.1.2 Химические взаимодействия 12
1.1.3 Влияние растворителя на химическое равновесие 12
2 Влияния высокочастотных электромагнитного поля 15
2.1 Исследование влияния ЭМП на структуру и свойства воды 15
2.2 Теоретическое исследование влияния ВЧ ЭМП на процессы сорбции 17
3 Полевые воздействия на водные гомогенные системы 21
3.1 Современные представления о структуре воды и водных растворов 21
3.2 Влияние электромагнитных полей на физико-химические процессы 24
3.3 Особенности гидратационных процессов в результате ВЧ облучения 26
4 Аппаратура и методика эксперимента 30
4.1 Приборы и оборудование 30
4.2 Посуда и реактивы 30
4.3 Методика приготовления растворов 31
4.4 Методика эксперимента 32
4.5 Статистическая обработка полученных результатов 35
4.6 Анализ глубины протекания реакции 36
4.7 Техника безопасности 41
4.7.1 Общие положения 41
4.7.2 Правила электробезопасности 42
4.7.3 Пожарная безопасность 42
4.7.4 Правила работы с химическими реактивами 43
5 Влияние ВЧ поля на реакцию омыления ацетоуксусного эфира 45
5.1 Зависимость времени установления равновесия от предполевого
воздействия 45
5.2 Изучение влияния частоты налагаемого поля 51
Заключение 64
Библиографический список 65
Реферат
Выпускная квалификационная работа 73с., 24 рис., 12 табл., 82
литературная ссылка.
ВЫСОКОЧАСТОТНОЕ ПОЛЕ, СМЕЩЕНИЕ ГОМОГЕННОГО РАВНОВЕСИЯ, СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ, ЗАВИСИМОСТЬ ГЛУБИНЫ ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИИ ОТ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫ.
Данная работа посвящена изучению влияния высокочастотного электромагнитного поля в диапазоне 30-200 МГц на глубину протекания реакции и смещение химического равновесия. В качестве объекта была выбрана реакция омыления сложных эфиров. Установлено, что глубина протекания рассматриваемой реакции существенным образом зависит от частоты налагаемого поля. Выявлена зависимость глубины протекания реакции от времени при облучении определенного компонента на разных частотах. Что подтверждает влияние природы компонента на равновесие реакции. Равновесное состояние наступает в период с 12 по 25 сутки.
Актуальность проблемы. Воздействие физических полей различной природы, может приводить к существенному увеличению скорости протекания электродных процессов, влиять на физико-химические свойства растворов. Предполагается, в частности, что при действии высокочастотного (ВЧ) электромагнитного поля происходят процессы изменения структуры воды и водных растворов.
Ранее уже известны примеры использования радиочастотных излучений для объемного нагрева некоторых химических систем. Однако, спорным предстает вопрос о возможном специфическом «нетепловом» воздействии электромагнитных полей на скорость химических реакций [1, 2].
Теоретическая сторона указанной проблемы остается неизученной в связи со сложностью процессов, протекающих в физико-химической системе [2, 3]. Одно из распространенных представлений о механизме процессов, протекающих на микро- и макроуровне физико-химической системы под влиянием электромагнитного поля выдвинуто рядом авторов [3, 4-7], которые предполагают, что данное воздействие вызывает изменение в структуре воды и в водных растворах электролитов.
Ранее был показан эффект поля на равновесие, где омыляющими реагентами являлись щелочь и карбонат натрия Na2CO3 [8]. Наличие двух реагентов осложняло интерпретацию определения. В связи с этим возник вопрос об однозначности интерпретации возможного механизма. В качестве омыляющего реагента достаточно чистого раствора щелочи.
Цель работы: на примере реакции омыления сложных эфиров доказать факт действия электромагнитного поля на свойства гидратных систем через изменение равновесных концентраций данной реакции.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
1. Изучить активирующее и дезактивирующее влияние ВЧ поля в зависимости от объекта полевого воздействия;
2. Исследовать влияние частоты полевой предобработки на время установления равновесного состояния;
3. Исследовать воспроизводимость эффекта полевого воздействия на выбранные системы;
4. Проанализировать полученные результаты;
5. Предложить объяснения.
Научная новизна
1. Впервые показано, что эффект полевого воздействия на водные
растворы определяется природой реагирующих частиц: с изменением омыляющего реагента и объекта омыления изменяется частотная зависимость.
2. Показано, что наблюдается активация или дезактивация только в случае применения в качестве омыляющего реагента карбоната натрия, который и подвергался полевой предобработке.
3. Показано, что уменьшение аналитической равновесной концентрации омыляющего реагента связано с уменьшением его активной концентрации вследствие более совершенной, а значит и более прочной гидратной оболочки. Это объясняется структурным совершенством гидратной оболочки, как результат действия когерентного электромагнитного поля.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования низкоэнергетических электромагнитных полей для направленного изменения скорости химической реакции и глубины ее протекания, что подтверждается полученными ранее патентами.
В работе защищаются следующие положения:
1. Влияние природы омыляющего реагента и частоты облучения на активность реагентов и время установления равновесия;
2. Изменение носит однонаправленный характер;
3. Доказательство последовательного гидролиза ацетоуксусного эфира раствором щелочи;
4. Предложенный механизм действия ВЧ поля на химическую активность частиц в водных растворах;
Публикации. По материалам диссертации автором опубликована одна статья.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 82 наименований. Она изложена на 73 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 12 таблиц.
3. Установлено, что в зависимости от частоты полевой предобработки изменяется активность омыляющего агента. В случае омыления раствором щелочи ацетоуксусного эфира активность омыляющего агента уменьшается на 90%.
4. Время установления равновесного состояния в экспериментах со щелочью и этилацетатом как увеличивается, так и уменьшается по сравнению с контролем. В случае карбоната натрия только увеличивается.
5. При изменении омыляющего агента наблюдается двунаправленное изменение его активности: в случае облучения раствора карбоната натрия полем, частотой 90 МГц активность увеличивается, в остальных случаях уменьшается, как и для растворов щелочи.
6. В случае полевой предобработки обоих реагентов на частотах 100 и 110 МГц: щелочи и ацетоуксусного эфира наблюдается суммарный эффект, что отражается на активности омыляющего агента и ранее объяснялось как инициирование второй стадии гидролиза ацетоуксусной кислоты.
7. На основе сравнения реакции омыления этилацетата и ацетоуксусного эфира представлены дополнительные доказательства последовательного гидролиза ацетоуксусного эфира в результате полевого воздействия.
8. Данные явления объясняются на основе предположения об укреплении гидратной оболочки реагентов и продуктов в результате действия когерентного электромагнитного поля.
