Николай Аблесимов Грандмастер

А где мы сталкиваемся с микроволновой химией?

Опять на кухне в микроволновой печке! Микроволновая химия изучает химические превращения с участием твердых диэлектриков и жидкостей, при воздействии энергии микроволнового поля (МВП) или, что-то же самое, поля, то есть сверхвысокочастотного (СВЧ)-излучения.

2happy, Shutterstock.com

Было обнаружено, что МВП способно в десятки и сотни раз ускорять многие химические реакции, вызывать быстрый объемный нагрев жидких и твердых образцов, эффективно (быстро и полностью) удалять влагу из твердых, в том числе и высокопористых препаратов, регенерирования различных сорбентов (например, активированного угля и цеолитов).

МВП может взаимодействовать с веществами, находящимися в газообразном, жидком или твердом состоянии. На анализе взаимодействия МВП с молекулами основана широко используемая в научно-исследовательской практике радиочастотная спектроскопия, позволяющая получать информацию о свойствах молекул.

Микроволновая аппаратура позволяет ускорять скорость экстракции (очень важно в поточных анализах, при контроле качества и т. д.) на порядки, что сокращает время некоторых анализов с дней до десятков минут. То же касается и пробоподготовки образцов для анализа — сегодня на рынке микроволновых установок для этих целей лидируют фирмы CEM (США), Milestone (Италия) и Prolabo (Франция). Помимо установок для растворения проб эти фирмы выпускают муфельные микроволновые печи для озоления образцов, нагревательные установки, совмещающие вакуумную откачку с СВЧ-сушкой, микроволновые модули для синтеза органических соединений и получения сверхчистых кислот.

Воздействие МВП может приводить к деструкции молекул и появлению в облучаемом образце повышенной концентрации свободных радикалов — очень реакционноспособных частиц. Это позволяет в некоторых случаях проводить с использованием МВ-облучения химические реакции, начало которых обусловлено появлением (обычно в жидкой среде) этих радикалов. Так как такие реакции осуществить без МВ-облучения вообще не удается, то их протекание под действием МВ-излучения иногда называют микроволновым катализом.

В быту широко используются микроволновые печи при приготовлении пищи. Микроволновая печь есть просто другое средство нагрева пищи, но нагревающее не посуду, как любой обычный способ нагрева, а непосредственно то, что хочется погреть. Это энергетически более эффективно, а иногда ещё и существенно удобнее/выгоднее обычного нагрева. Нагрев пищи происходит посредством диэлектрического нагрева, то есть переноса энергии между микроволновым полем и низкомолекулярными полярными составляющими образца, обычно — молекулами воды. Полярные молекулы пытаются повернуться таким образом, чтобы вектор их собственного дипольного момента был сонаправлен вектору электрической составляющей микроволнового поля. Если поле осциллирует быстрее, чем молекулы физически (за счёт трения и т. д.) могут повернуться, то происходит перенос энергии между осциллирующим полем и не поспевающими за этим полем молекулярными диполями. Перенос энергии идёт на вращательные и колебательные уровни молекул, то есть приводит к эффективному нагреву полярной среды.

Все коммерческие микроволновые печи работают на одной и той же частоте — 2,45 ГГц. Эта частота была жёстко зафиксирована специальным международным соглашением в незапамятные времена — дабы микроволновые печи не «фонили» в диапазонах, используемых в телекоммуникационных системах. Микроволновую печь сложно экранировать — она сильно шумит на своей частоте и в её окрестностях, поэтому микроволновкам раз и навсегда выделили одну частоту, на которой с тех пор никто больше ничего не делает.

Издается журнал «Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy», в котором публикуют работы, отражающие новые результаты использования МВП, в частности в химии. Всего в различных журналах мира ежегодно публикуется более 100 научных сообщений, посвященных этому вопросу, в США и других странах ежегодно проводятся конференции по проблемам микроволновой химии. Можно почитать: Бердоносов С. С. Микроволновая химия // Соросовский образовательный журнал. 2001. Т.7. № 1. С. 32−38.

Обновлено 15.09.2012
Статья размещена на сайте 22.08.2012

Комментарии (11):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Марианна Власова, Я Вас понял. Я удаляюсь из "Школы жизни"

  • Марианна Власова, можно ли прочитать хотя бы одно опровержение или подтверждение о лабораторных исследованиях пищи, приготовленной в микроволновке?

  • Это не моя статья. Скачал из интернета несколько месяцев назад, даже, по-моему, из "школы жизни".

  • Николай Аблесимов, одно время в электронной переписке с моими друзьями из заграницы появились утверждения со ссылками на якобы проведенные исследования о том, что нагрев пищи и продуктов вреден для здоровья. Что, якобы, международные производители микроволновок не дают хода этим исследованиям. В общем, понятно, что второе это скорее всего ерунда. Но вот влияние на свойства продуктов питания? Есть ли исследования в этом вопросе, которые бы однозначно отвечали на такие вопросы?

    Оценка статьи: 4

    • Фрол Фролкин,
      присоединяюсь к вопросу - очень интересно узнать про безопасность продуктов питания, обработанных в микроволновке.

      • Елена Каширина, У автора же написано: "Воздействие МВП может приводить к деструкции молекул и появлению в облучаемом образце повышенной концентрации свободных радикалов – очень реакционноспособных частиц. " Другой момент - как долго эти частицы живут вне поля.

        Кстати, когда микроволновка работает, WI-FI канал обрывается.

        Оценка статьи: 5

        • Юрий Лях,
          "может" и "приводит" - разные понятия. Мне лично хочется увидеть ответ примерно в следующем виде: "в году А проводилось исследование Б. Было проведено В опытов, в которых было показано, что микроволновое излучение мощности Г при воздействии на продукт Д приводит к увеличению количества свободных радикалов в продукте Е в среднем на Ж%, причем З% из них - это короткоживущие частицы (продолжительность жизни от ... до ...), а И% - долгоживущие частицы (продолжительность жизни от... до ...)". Без этого это все теории и гипотезы с уровнем достоверности ОБС. А нервы треплет все это сильно, блин...

          • Елена Каширина, все правильно рассуждаете. "может" и "приводит" - разные понятия - действительно, но я склоняюсь, таки, к "может", поскольку это вероятностный процесс (ну, скажут, что с вероятностью 75% все будет ОК - легче?). Поскольку факторов намного больше (чистота и примеси вещества и среды, температура, влажность, фаза Луны, солнечная активность, атмосферное давление, напряженность электромагнитного поля и т.д.), плюс индивидуальная переносимость организма в данный момент этих радикалов. Разогрев в микроволновке - это же не эксперимент, а повседневная процедура. Хотя, конечно, согласен - хотя бы оценочное значение должно быть.

            Оценка статьи: 5