Хлорсиланы под действием ультразвука реагируют с литием, при этом получают высокий выход дисиланов по по общей схеме:

Процессы, отражаемые приведенными реакциями, используют в технологии синтеза полупроводниковых материалов.

КАВИТАЦИЯ

Инициирование большинства звукохимических реакций в водном растворе под действием акустических колебаний обусловлено возникновением кавитации. Кавитация это нарушение сплошности жидкости, связанное с образованием, ростом, осцилированием и схлопыванием парогазовых пузырьков в жидкости. Необходимо отметить, что сплошность среды нарушается только при достижении некой пороговой частоты звуковых колебаний.

Очевидно, что лишь часть энергии ультразвуковых волн, распространяющихся в жидкости, расходуется на образование кавитационных пузырьков.

Остальная часть идет на возникновение микропотоков, нагревание жидкости, образование фонтана и распыление жидкости.

Энергия схлопывающихся пузырьков расходуется на излучение ударных волн, на локальный нагрев газа, содержащегося в сжимающихся кавитационных полостях, на возбуждение сонолюминисценции, на образование свободных радикалов, а также на создание шума (см. рис. 1).

Ек Есл

Епс Екк Епр Е Емп Еха

Ен Еув

Еф Еш

Рис.1. Схема распределения энергии при озвучивании объема жидкости

Епс - энергия потребляемая из сети; Екк - энергия, возникающая в колебательном контуре генератора; Еп - энергия излучаемая преобразователей; Е - общая энергия; Ек - энергия, затраченная на создание кавитации; Емп - энергия образования микропотоков; Ен - энергия, расходуемая на нагревание жидкости; Еф - энергия образования фонтана и распыление жидкости; Есл - энергия возбуждения сонолюминесценции; Еха - химикоакустическая энергия (энергия образования свободных радикалов); Еув - энергия ударных волн; Еш - энергия возникновения шума.

Чем к более дальнему правому краю цепочки будет отнесен энергетический выход реакции, тем больше можно извлечь данных о природе первичных элементарных актов (например, относить энергетический выход к Епс не имеет смысла, хотя Епс очень легко измерить).

В настоящее время количественно учесть вклад каждого из этих компонентов энергетических затрат в процессе образования радикальных продуктов расщепления воды не представляется возможным.

Но необходимость оценки энергетического выхода ультразвуковых реакций назрела уже давно.

Для оценки химической активности ультразвукового поля Розенберг ввел понятие химикоакустического КПД (hХА) как произведение степени кавитационного использования акустической энергии a на коэффициент химической активности кавитации c:

где Е – акустическая энергия, вводимая в жидкость; EK – акустическая энергия, затрачиваемая на образование свободных радикалов, которая называется химико-акустической энергией.

ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КАВИТАЦИОННЫХ ПУЗЫРЬКАХ

В акустическом поле при наличии кавитации протекает ряд химических процессов. Их протеканию способствуют высокие давления, развивающиеся в микрообъеме кавитационного пузырька.

При постоянном содержании газа в пузырьке и давлении окружающей жидкости минимальный радиус кавитационного пузырька определяется по формуле:

Давление в пузырьке в этом случае выразится так:

где P - давление газа в пузырьке при максимальном радиусе, P0 – гидростатическое давление, g=СP/Cv.

При адиабатическом характере захлопывания пузырька температура в нем составляет:

Tmax=T0[((g-1)P0)/P]3(g-1),

где T0 – температура жидкости.

При Rmin=0.1Rmax; P0=105 Па; γ=3/4; и Т0=3000С давление газа в пузырьке при максимальном радиусе составит P=3.3×103 Па. Подставив эти значения в уравнения (1) и (2), получим, что при захлопывании кавитационного пузырька давление достигает Pmax=3×107 Па, а температура Тmax=3000 К. Столь высокие температуры, развивающиеся в маленькой газонаполненной полости, создают условия для появления в ней электрических зарядов, люминесценции, богатых энергией диссоциированных и ионизированных молекул, а также атомов и свободных радикалов.