4.2.2. Физические методы стимулирования химических превращений

В связи с поисками новых путей проведения процессов в химической технологии разрабатываются методы направленного регулирования реакционной способности веществ и весьма интенсивно изучаются процессы, протекающие при различных физических воздействиях на вещество. Кроме нагревания на реакционную способность веществ существенное влияние оказывают свет, ионизирующие излучения, давление, механическое воздействие и др.

Воздействие света (видимого, ультрафиолетового) на реакции изучает особый раздел химии — фотохимия. Фотохимические процессы весьма разнообразны. К ним относятся некоторые реакции синтеза (хлорида водорода, органических веществ в растениях); разложения (перекиси водорода, светочувствительных материалов) и др. Фотохимическое действие света заключается в том, что молекулы реагирующих веществ, поглощая кванты света, возбуждаются, т.е. становятся реакционноспособными или распадаются на ионы и свободные радикалы.

Существенно новым способом воздействия на вещество является использование лазерного излучения. Его действие может быть фотохимическим и чисто термическим. Лазерное излучение обладает рядом уникальных свойств, которых лишены обычные источники света. Наиболее важным его свойством, с точки зрения применения для фотохимического инициирования химических реакций, является извлечение мощных потоков световой энергии в узких спектральных интервалах. Поэтому используя излучение определенной длины волны, поглощаемое реагентом, но не поглощаемое примесями, можно осуществить избирательную реакцию.

Рентгеновские лучи, альфа-частицы, гамма-лучи, нейтроны и другие излучения большой энергии вызывают в веществе глубокие физико-химические изменения и инициируют разнообразные реакции. Так, при действии ионизирующих излучений на кислород образуется озон, алмаз превращается в графит, оксиды марганца выделяют кислород и т.д. При действии ионизирующих излучений на воду происходит ее радиолиз.

Химические процессы, происходящие под действием ионизирующих излучений, изучает радиационная химия. Радиационно-химические реакции используются для синтеза высокомолекулярных органических веществ и для изменения их структуры. По мере освоения атомной энергетики радиационная химия все шире проникает в химическую промышленность.

Химические превращения, происходящие под действием механических сил, изучает механохимия. Элементарным механохимическим актом является разрыв химических связей в веществе под действием механических сил (вальцевание, дробление, перетирание и др.). 

Еще более сильные изменения претерпевают вещества под действием сверхвысоких давлений (порядка десятков тысяч атмосфер). Пример тому — образование более плотных и более твердых модификаций вещества, например превращение графита в алмаз.

Большое развитие получила химия ударного сжатия. При сжатии твердых тел и жидкостей ударными волнами, образуемыми, например, детонацией взрывчатых веществ, при взрывах, в миллионные доли секунды развиваются в веществе давления в десятки и сотни атмосфер, скачком изменяются плотность и температура вещества. При этом образуются активные частицы как радикального, так и ионного типов. Последствия прохождения через вещество ударной волны могут быть самыми различными. Взрыв, с одной стороны, вызывает раздробление вещества, распад сложного вещества на относительно более простые. Но возможно и обратное превращение – образование из простых молекул более сложных и длинных полимерных цепей [4].