Зачем нам механохимия?

Механохимия изучает химические превращения веществ при механических воздействиях (в мельницах, дезинтеграторах, на вальцах, экструдерах и т. п.), при деформировании, трении, ударном сжатии. Превращения, обусловленные трением, выделяют в самостоятельный раздел, называемый трибохимией.

Пластическая деформация твердого тела обычно приводит не только к изменению формы твердого тела, но и к накоплению в нем дефектов, изменяющих физико-химические свойства, в том числе реакционную способность. Накопление дефектов используют в химии для ускорения реакций с участием твердых веществ, снижения температуры процессов и других путей интенсификации химических реакций в твердой фазе. Механохимическим методом производят деструкцию полимеров, синтез интерметаллидов и ферритов, получают аморфные сплавы, активируют порошковые материалы. Синтез термоэлектрического материала FeSi2 в планарной шаровой мельнице. Причем это тугоплавкое соединения получено при комнатной температуре. Оно используется в керамических сотовых нагревателях.

Синтез алмаза взрывом путём прямого фазового перехода из графита был впервые осуществлен в Швеции (1953 год), США (1954 год) и СССР (1959 год). Синтез производился с использованием энергии взрыва, или непосредственно из продуктов взрыва некоторых взрывчаток, с отрицательным кислородным балансом, особенно удобен для получения алмазов тротил. Это дешёвый способ получения алмазов. Взрывные алмазы очень маленькие и пригодны лишь для абразивов и напылений. Рынок синтетических алмазов составляет в настоящее время, по оценкам различных специалистов, 300−600 млн. карат (60−120 т) в год. Для сравнения: естественных алмазов за год во всем мире добывается около 150 млн. каратов (30 т). Чувствуете вклад механохимии в промышленность абразивов?

Сонохимия — раздел механохимии, но в жидкости. Одна из причин химической активации жидкостей заключается в возникновении кавитации, например, при поглощении ультразвука. Кавитация — образование в жидкой среде массы пульсирующих пузырьков, приводит к возникновению микроударных давлений до 800 МПа, локальному повышению температур до 7400 К (по теоретическим оценкам), электрических разрядов, ионизации. При захлопывании кавитационных полостей происходит передача энергии устремляющимся внутрь жидкости молекулам парогазовой смеси и их диссоциация.

Под влиянием ультразвука возникает сонолюминесценция. Явление это заключается в том, что если в воду поместить резонатор и создать в ней стоячую сферическую ультразвуковую волну, то в воде, в самом центре резонатора, появляется яркий, точечный источник голубоватого света. Звук превращается в свет! Оценки показывают, что при сонолюминесценции происходит концентрация энергии в триллион раз, то есть на 12 порядков!

Отсюда возникает одна из заманчивых возможностей ультразвука в жидкости — холодный термояд. Американские физики утверждают, что наблюдали термоядерный синтез в экспериментах в настольной установке, однако их работа была воспринята другими исследователями более чем скептически. Рузи Талеярхан из Национальной Ок-Риджской лаборатории с некоторыми из соавторов настаивают на том, что в их экспериментах по сонолюминесценции при коллапсировании пузырьков в дейтерированном ацетоне возникали температуры в миллионы градусов, при которых якобы происходил термоядерный синтез. Однако двое других его сотрудников (Дэн Шапира и Майкл Солтмарш) из Ок-Риджа, после неудавшейся попытки повторить эксперимент, подвергли его результаты сомнению. Авторы публикации, в свою очередь, заявили, что их оппонентам просто не удалось должным образом откалибровать приборы. Другие исследователи сонолюминесценции относятся к сообщению с изрядной долей скепсиса, но признают, что в случае подтверждения это станет открытием первой величины.

Работает Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН (Новосибирск), Европейское сонохимическое общество (European Society of Sonochemistry — ESS). Можно почитать: Хайнике Г. Трибохимия. М., 1987; Механохимический синтез в неорганической химии / Под ред. Е. Г. Аввакумова — Новосибирск: Наука, СО АН СССР, 1991; Химия и ультpазвук. Под pед. А. С. Козьмина. М.: Миp, 1993.