微波化学ppt课件

1、微微 波波 化化 学学Microwave Chemistry目录目录 微波能引见 微波化学的开展历程X-RaysUltravioletInfraredMicrowaves10-1010-9 10-810-710-610-510-4 10-310-210-113x10123x10103x1083x1063x1043x102Frequency (MHz)Laser RadiationWave Length (meters)Molecular rotationsMolecularvibrations Outer-shell (valence)electronsInner-shellelectrons

2、 RadiowavesVisible 一一. .微微 波波 能能 介介 绍绍 微波是频率大约在微波是频率大约在300 MHz 300 GHz。 波长在波长在100 cm至至1 mm范围内的电磁波范围内的电磁波, 位于红外辐射光谱和无线电波之间。位于红外辐射光谱和无线电波之间。 常用微波频率：常用微波频率：2450 MHz 波长波长12.5 cm 微波与物质的作用微波与物质的作用: : Materials that are transparent to microwaves e.g. sulphur Materials that reflect microwaves e.g. copper Ma

3、terials that absorb microwaves e.g. water微波与物质的作用微波与物质的作用: : 与微波化学有关的物质主要是与微波化学有关的物质主要是吸收微波的资料，按照这些资吸收微波的资料，按照这些资料被加热的机理，它们又可被料被加热的机理，它们又可被分为：分为： 1. Dipolar polarisation2. Conduction mechanism3. Interfacial polarisation上述作用都可使物质的温上述作用都可使物质的温度快速升高度快速升高热效应热效应Dipolar Polarisation (Dipole interactions)

4、偶极作用偶极作用微波能的电场添加时，微波能的电场添加时，电场使极性分子有一定电场使极性分子有一定取向，电场减弱时，重取向，电场减弱时，重新恢复热运动的无序形新恢复热运动的无序形状。每秒内分子的定向状。每秒内分子的定向和热无序形状变化和热无序形状变化4.9 4.9 x 109 x 109 次，因此加热非次，因此加热非常快。常快。Conduction Mechanisms(Ionic conduction) 离子传导离子传导在所加电磁场中在所加电磁场中,被被解离的离子的传导解离的离子的传导迁移。这种离子迁迁移。这种离子迁移电流由于离子流移电流由于离子流电阻产生热。电阻产生热。Interfacial

5、 Polarisation 这可被看作是前述两种作用的结合这可被看作是前述两种作用的结合, ,对对于非导体资料中分布有导体资料的情况于非导体资料中分布有导体资料的情况如硫中分布有金属颗粒的情况，这如硫中分布有金属颗粒的情况，这一机理是主要的：一机理是主要的： 硫不吸收微波，但是金属粉末硫不吸收微波，但是金属粉末却是好的微波吸收体，经过类似于偶极却是好的微波吸收体，经过类似于偶极极化的机理而被加热。其环境硫那极化的机理而被加热。其环境硫那么类似于极性分子的溶剂，经过一种相么类似于极性分子的溶剂，经过一种相当于极性溶剂中的粒子间作用力限制离当于极性溶剂中的粒子间作用力限制离子的运动。这些限制力在振

6、荡场的作用子的运动。这些限制力在振荡场的作用下将使离子的运动位相发生滞后，进而下将使离子的运动位相发生滞后，进而导致离子的随机运动而使体系发热。导致离子的随机运动而使体系发热。微波加热作用的特点：微波加热作用的特点： 在不同深度同时产生热，这种在不同深度同时产生热，这种“体加热作用，不仅使加热体加热作用，不仅使加热更快速，而且更均匀，从而大更快速，而且更均匀，从而大大缩短了处置资料所需的时间，大缩短了处置资料所需的时间，节省了珍贵的能源，还可大大节省了珍贵的能源，还可大大改善加热的质量，坚持食品的改善加热的质量，坚持食品的营养成分，防止资料中有用营养成分，防止资料中有用有效成分的流失等。有效成

7、分的流失等。 微波化学是根据电磁场和电磁微波化学是根据电磁场和电磁波实际、电介质物理实际、凝波实际、电介质物理实际、凝聚态物理实际、等离子物理实聚态物理实际、等离子物理实际、物质构造实际和化学原理，际、物质构造实际和化学原理，利用现代微波技术来研讨物质利用现代微波技术来研讨物质在微波场作用下的物理和化学在微波场作用下的物理和化学行为的一门科学行为的一门科学, ,是一门新兴是一门新兴的交叉性学科。的交叉性学科。二二. .微波化学的开展历程微波化学的开展历程历程 从历史上看，微波化学学科的产生从历史上看，微波化学学科的产生源于微波等离子体化学的研讨。源于微波等离子体化学的研讨。 最早在最早在195

8、2年，年，Broida等人采用构等人采用构成微波等离子体的方法以发射光谱成微波等离子体的方法以发射光谱法测定了氢氘混合气体中氘同位法测定了氢氘混合气体中氘同位素的含量。素的含量。 后来，他们又将这一技术用于氮的后来，他们又将这一技术用于氮的稳定同位素的分析，开创了微波等稳定同位素的分析，开创了微波等离子体原子发射光谱分析的新领域。离子体原子发射光谱分析的新领域。微波等离子体化学-1952年历程 微波等离子体用于合成化学那么微波等离子体用于合成化学那么是是60年代以后的事，其中最胜利年代以后的事，其中最胜利的实例包括：的实例包括： 金刚石、多晶硅、氮化硼等超硬金刚石、多晶硅、氮化硼等超硬资料资料

9、 有机导电膜有机导电膜 蓝色激光资料蓝色激光资料c-GaN 单重激发态氧单重激发态氧O2的合成的合成 高分子资料的外表修饰高分子资料的外表修饰 微电子资料的加工等微电子资料的加工等 其中不少现已构成了产业。其中不少现已构成了产业。合成化学-上世纪60年代后历程 1970年，年，Harwell运用微波安运用微波安装胜利地处置了核废料。装胜利地处置了核废料。核废料处置核废料处置历程 在化学中直接利用微波能的研在化学中直接利用微波能的研讨也开场于分析化学。讨也开场于分析化学。1974年，年，Hesek等利用微波炉进展了样等利用微波炉进展了样品烘干。品烘干。样品烘干-1974年历程微波消解有人用它作生

10、物样品的微波消有人用它作生物样品的微波消解并获得了很大胜利。如今这解并获得了很大胜利。如今这一技术己经商品化并作为规范一技术己经商品化并作为规范方法被广泛用于分析样品的预方法被广泛用于分析样品的预处置。处置。历程 微彼技术用于有机合成化学始于微彼技术用于有机合成化学始于19861986年，年，GedyeGedye等首先发表了用微等首先发表了用微波炉来进展化学合成的波炉来进展化学合成的“烹饪实验烹饪实验文章，以文章，以4-4-氯代苯基氧钠和苄氯代苯基氧钠和苄基氯反响来制备基氯反响来制备4-4-氯代苯基苄基氯代苯基苄基醚。醚。 传统的方法需耗时传统的方法需耗时12h12h，产率为，产率为6565；

11、而采用微波加热方法仅；而采用微波加热方法仅35s35s使使能得到一样产率的化合物，其反能得到一样产率的化合物，其反响速率可以快响速率可以快10001000倍以上。倍以上。有机合成化学有机合成化学-1986-1986年年历程 这一在微波沪中进展的有机反这一在微波沪中进展的有机反响的胜利，导致在其后的短短响的胜利，导致在其后的短短四五年内，辐射化学领域中又四五年内，辐射化学领域中又增添了一门引人注日的全新课增添了一门引人注日的全新课题题MORE化学化学(Microwave-Induced Organic Reaction Enhancement Chemistry)。以后微波技术在。以后微波技术在

12、有机化合物的几十类合成反响有机化合物的几十类合成反响中也都获得了很大胜利。中也都获得了很大胜利。历程 微波技术在无机固相反响中的微波技术在无机固相反响中的运用是近年来迅速开展的一个运用是近年来迅速开展的一个新领域，现已广泛运用于新领域，现已广泛运用于 陶瓷资料陶瓷资料( (包括超导材科包括超导材科) )的烧的烧结结 固体快离子导体固体快离子导体 超细纳米粉体资料超细纳米粉体资料 沸石分子筛的合成等沸石分子筛的合成等无机固相反响无机固相反响-近年近年历程 在催化领域，由于在催化领域，由于Al2O3,SiO2等等无机载体不吸收微波，微波可直无机载体不吸收微波，微波可直接传送到负载于载体外表的催化接

13、传送到负载于载体外表的催化剂上并使吸附其上的羧基、水、剂上并使吸附其上的羧基、水、有机物分子激话，从而加速化学有机物分子激话，从而加速化学反响的进展。反响的进展。 已研讨过的催化反响有已研讨过的催化反响有 甲烷合成高级烃类甲烷合成高级烃类 光协作用的模拟光协作用的模拟 酸气污染物的去除等酸气污染物的去除等催化领域催化领域历程 在分析化学、提取化学方面，在分析化学、提取化学方面，用微波进展了样品溶解。用微波进展了样品溶解。 在蛋白质水解方面，采用微波在蛋白质水解方面，采用微波技术建立了一种快速、高效的技术建立了一种快速、高效的新方法。新方法。 在大环、超分子、高分子化学在大环、超分子、高分子化学方面，开展了采用微波法制备方面，开展了采用微波法制备一些聚合物的研讨任务。一些聚合物的研讨任务。 历程 此外，微波技术在采油、炼油、此外，微波技术在采油、炼油、冶金、环境污染物治理等方面冶金、环境污染物治理等方面也都获得了很多进展。也都获得了很多进展。 可以看出，微波技术在化学中可以看出，微波技术在化学中的运用己几乎普及化学学科的的运用己几乎普及化学学科的每一个分支领域。每一个分支领域。 微波化学实践上已成为化学学微波化学实践上已成为化学学科中一个非常活泼而富有创新科中一个非常活泼而富有创新成果的新兴分支学科。成果的新兴分支学科。历程erscience.w