微波化学教学提纲
微波技术基础复习大纲.
微波技术基础1 绪论1、微波的频率(P1)，微波的波段(P2)2 传输线理论2.1 传输线方程的解1、长线理论和相关概念2、长线方程（或传输线方程）的导出3、解长线方程得到电压波和电流波的表达式，三种边界条件会得到不同的表达形式 2.2 长线的参量1、长线的特性参数（特性参数指由长线的结构、尺寸、填充的媒质及工作频率决定的参量，和负载无关的参数）1）特性阻抗0Z (P15)：0U U Z I I +-+-==-=≈2）传播常数γ(P13)：j γαβ=+，通常情况下衰减常数0α=，则j γβ=。
3）相速度p v 和相波长p λ(P14)：通常2p p v fπλλβ===根据相速度的定义2p f v ωπββ==，而β=(P13)，因此p v = 在这里出现了波的色散特性的描述。
2、长线的工作参数1）输入阻抗in Z ：()()()()000tan tan L in L U z Z jZ z Z Z I z Z jZ z ββ+==+这个公式有多种变形： ① ()()()000tan tan Z z jZ dZ z d Z Z jZ z dββ++=+当2d n λ=*时，()()Z z d Z z +=，均匀无耗线具有2λ的周期性。
当24d n λλ=*-时，()()20Z z d Z z Z +*=，均匀无耗线具有4λ的阻抗变换特性。
（感性↔容性，开路↔短路，大于0Z ↔小于0Z ） 当终端0L Z Z =时，任意位置的输入阻抗都为0Z 。
② 输入导纳()()()()000tan 1tan L in L inI z Y jY z Y Y U z Y jY z Z ββ+===+，其中001Y Z =，1L L Y Z =(P20) 2）反射系数()z Γ（这里反射系统通常指电压反射系数）：()()()200j zL L U z Z Z z eU z Z Z β--+-Γ==+（反射系数是一个复数） （电流反射系数()()()()200j zL i L I z Z Z z e z I z Z Z β--+-Γ===-Γ+）由于0L j L L L L Z Z e Z Z φ-Γ==Γ+，因此()()2L j z L z e βφ--Γ=Γ(P21)输入阻抗和反射系数之间的关系：()()()011z Z z Z z +Γ=-Γ，()()()0Z z Z z Z z Z -Γ=+。
微波技术基础课程学习知识要点
《微波技术基础》课程学习知识要点第一章 学习知识要点1．微波的定义— 把波长从1米到0.1毫米范围内的电磁波称为微波。
微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz ～3×1012Hz 。
在整个电磁波谱中，微波处于普通无线电波与红外线之间，是频率最高的无线电波，它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和宽10000倍。
一般情况下，微波又可划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。
2．微波具有如下四个主要特点：1) 似光性、2) 频率高、3) 能穿透电离层、4) 量子特性。
3．微波技术的主要应用：1) 在雷达上的应用、2) 在通讯方面的应用、3) 在科学研究方面的应用、4) 在生物医学方面的应用、5) 微波能的应用。
4．微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科，它的基本理论是经典的电磁场理论，研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。
一种是“场”的分析方法，即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法，即将传输线作为分布参数电路处理，用克希霍夫定律建立传输线方程，求得线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。
第二章 学习知识要点1. 传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。
微波传输线是一种分布参数电路，线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。
传输线方程是传输线理论中的基本方程。
2. 均匀无耗传输线方程为()()()()d U z dz U z d I z dzI z 2222220-=-=ββ 其解为 ()()()U z A e A e I z Z A e A e j z j zj z j z=+=---120121ββββ 对于均匀无耗传输线,已知终端电压U 2和电流I 2，则:对于均匀无耗传输线,已知始端电压U 1和电流I 1，则:()()⎪⎭⎪⎬⎫+=+= sin cos sin cos 022022Z z jU z I z I z Z jI z U z U ββββ其参量为 Z L C 000=，βπλ=2p ，v v p r =0ε，λλεp r=03. 终端接的不同性质的负载，均匀无耗传输线有三种工作状态： (1) 当Z Z L =0时，传输线工作于行波状态。
第九章 微波有机化学09119PPT课件
微波介电加热（2）
(b)离子传导机理 电磁场中电场的加热机理
1. 在离子传导过程中，样品中溶解的带电粒子（通常 为离子）在微波场的影响下前后震荡，与邻近的分 子或原子相互碰撞。碰撞引起搅动或运动，形成热。
2. 就产生热的能力而言，传导原理的效应要远强于偶 极旋转机理的效应。
6
介电性质（1）
损耗角正切： tanδ=ε /〃ε /
1.350 0.941 0.825 0.799 0.722 0.659 0.589 0.571
溶剂
tanδ
2-丁醇
0.477
1,2-二氯苯
0.280
1-甲基-2-吡咯烷酮 0.275
乙酸
0.174
N,N-二甲基甲酰胺 0.161
1,2-二氯乙烷
0.127
水
0.123
氯苯
0.101
溶剂
氯仿 乙腈 乙酸乙酯 丙酮 四氢呋喃 二氯甲烷 甲烷 己烷
第九章 微波有机化学
MORE化学
(Microwave Induced Organic Reaction Enhancement Chemistry)
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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微波照射
微波辐射是一种频率范围从0.3～300GHz的电磁波，相 应的波长为1cm ～1m。
微波炉和所有化学合成使用的商业专用微波反应器，其 工作频率均为2.45GHz(相应波长为12.25cm)。
辐射类型和键能的比较
辐射 频率 量子 键类 键能 类型 /MHz 能/eV 型 /eV
微波技术在有机化学实验教学中的应用
（） ２ 微波 非热 效应 ： 波 技术 除 具 有热 效应 外 ， 微 还存在 微波 的特 殊效应 ， 波催化 了反应 的进 行 ， 微 降
低 了反 应 的活化 能 ， 就是 改变 了反应 动力学 ， 而 也 从 促 进 了化 学 反 应 。但 是 微 波 非 热 效 应 是 否 存 在 直是 微波化 学领 域 的争论 焦点 。
１ 微 波促 进 化 学 反 应 的机 理
（ ） 波 热 效 应 ： 波 对 化 学 反 应 的作 用 主要 １微 微 体现在 微波被 反应 物质 吸收 。极性 物质在 电磁 场作 用下 ， 质 中的微 观粒 子 可 产 生 四种 类 型 的介 电极 物
化： 电子 极化 、 子极 化 、 向极化 和 界 面极 化 。前 原 取 两种极 化时 间短 ， 会产生 微波加 热 ； 不 而后 两者会 产
达数 亿次 的高 速变 向 ， 由于 偶极 定 向极 化滞 后 于 电 场 的变化 ， 出现 极 化 弛豫 现 象 。在 偶 极 子定 向转 变
过程 中 ， 邻分 子 发生 摩 擦 ， 相 吸收 微 波场 的能 量 ， 产 生热 能 ， 而使 化合 物温度 上升 ， 从 使微 波 电磁能转 化 为热 能 。微 波 作 用 于 反 应 物 ， 加 剧 了 分 子 运 它 动 ， 高分子 平 均动 能 ， 快 了分子 碰 撞 频 率 ， 而 提 加 从 改变 了反应 速率 。
摘 要 ：该文介 绍了微波技术及其促进化学反应 的机 理 ，并通过微 波辐射合 成 肉桂 酸实验 ，将微 波技术 引入
到 本 科 生 有 机 化 学 实 验 教 学 中 ，教 学效 果 良好 。
关键词 ：微波技术 ；肉桂 酸 ；有机化学实验 ；实验教学
中 图分 类 号 ：６ １３ Ｇ ４ ． ０ ２ ． ； ６ ２０ 文献 标 识 码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ｊｉ ｎ １７ — ３ ５ ２ １ ．３ ０ ０ ｏ：０ ３６ ／． ｓ．６ ２ ４ ０ ．０ ０ ０ ．２ ｓ
微波化学
微波加热与传统加热的比较
传统的加热：由外部热源通过热辐射由表及里的传导时加 热。能量利用率低，温度分布不均匀。 微波加热：通过电介质分子将吸收的电磁能转变为热能的 一种加热方式，属于体加热方式，温度升高快，并且里外 温度相同。 与传统加热相比, 微波加热的优点： a)微波能量可远距离输入，而不用能量源与化学品相 接触； b) 能量的输入可快速地开始或停止； c) 加热速率高于传统加热方式
130～500W微波辐射15min，再研磨，辐射25min。 （2）沸石的合成 微波合成的选择性优于常规方式，采用微波加热诱 导期极短，甚至没有诱导期，从而有效防止了其他晶相
的生成。
（3）无机纳米粒子的改进
纳米无机颗粒表面活性强，容易形成尺寸较大的
团聚物。采用微波加热，3min后，分散相温度可达 120 °C，而TiO2仅有50 °C，提供了热源，以避免了 纳米粒子的长大。
微波改变化学反应的作用机理 两种不同观点： 一种认为微波诱导有机合成反应速 率或产率的提高在于微波的致热作用 和过热作用，即微波热效应； 另一种观点则认为在微波作用下存 在着其独特的非致热效应----微波非热 效应。
7.1.2 微波在化学中 的应用
7.1.2.1 微波在有机化学中的应用 由于微波作用下有机反应的速率可比传统加热方法快几 倍至几千倍,且具有操作方便、产率高、产品易纯化等特点,
所以微波有机合成发展非常迅速。至今研究过的有机合成
反应有酯化、Diels2Alder、重排、Knoevenagel、 Perkin、苯偶姻缩合、Reformatsky、Deckman、缩醛 (酮)、Witting、羟醛缩合、开环、烷基化、水解、烯烃加 成、消除、取代、自由基、立体选择性、成环、环反转、
医用及家用等民用微波频率一般 为900（+/-15）MHz和2450 （+/-50）MHz
一个适用于高中化学新课程标准的实验_微波水热合成法制备纳米Fe_2O_3
实验教学与教具研制一个适用于高中化学新课程标准的实验微波水热合成法制备纳米Fe 2O 3庾志成俞英汪朝阳章伟光钱扬义(华南师范大学化学系广州510631)以实验为基础是化学学科的重要特征之一,为此,国家教育部新制订的 普通高中化学课程标准(实验) (以下简称!新课程标准∀)在化学选修课中独立设置了!实验化学∀的课程模块,该课程模块围绕!知识与技能∀、!过程与方法∀、!情感态度与价值观∀等三方面的目标[1],旨在使学生通过实验探究活动掌握基本的化学实验方法和技能、了解化学实验研究的一般过程以及常见物质的制备合成方法和现代仪器在物质研究中的应用。
据此,本文研究了一个与材料化学、绿色化学密切联系的化学实验:微波水热合成法制备纳米Fe 2O 3,并对纳米Fe 2O 3的制备过程、检验方法进行了探索和改进,使之能够在现有条件下于高中化学的实验教学或研究性学习中推广采用。
1#实验原理Fe 2O 3是中学生熟悉的一种常见无机物。
与普通Fe 2O 3相比,纳米Fe 2O 3具有良好的磁性和稳定的悬浮性,可作为核磁共振成像的造影增强剂应用于疾病诊断,或制造高密度信息储存介质,利用其强烈吸收紫外线的性能还可应用于高档汽车涂料、建筑涂料等领域。
Fe 2O 3可由FeCl 3溶液经过水解聚合及相转移、再结晶过程而制得,其反应可表示为:x [F e(H 2O)6]3+∃Fe x (OH)y (3x -y )∃x [ -FeOOH]∃x /2[F e 2O 3]。
反应体系中加入三乙烯四胺(T ETA:C 6H 18N 4)作为配合剂与Fe 3+配合,控制Fe 3+的水解,随后TETA 作为分散剂分散体系中的粒子,起到防止粒子团聚的作用;反应过程采用微波辐照,能促进Fe 2O 3小晶核的形成。
2#实验部分2.1#仪器和试剂家用微波炉、烘箱、电子天平、50mL 移液管、40mL 移液管、250mL 烧杯、50mL 烧杯、玻璃棒、表面皿、激光笔FeCl 3%6H 2O,NaH 2PO 4,三乙烯四胺(TETA:C 6H 18N 4),丙酮。
电磁场与微波技术教学资料微波在冶金中的应用课件
选择性
微波对不同物质的加热效果不同，这使得冶金过程中可以 实现选择性加热和选择性反应，提高了产品的纯度和选择 性。
局限性
尽管微波冶金具有许多优点，但由于其技术复杂性和高成 本，目前仅在特定领域得到广泛应用。此外，关于其作用 机制和原理仍需进一步研究。
对未来研究的建议与展望
深入研究微波与物质的相互作用
微波在钢铁表面处理中的应用
03
利用微波加热实现钢铁表面的快速热处理和涂层制备，提高钢
铁产品的耐腐蚀性和耐磨性。
04
微波冶金的优势与挑战
微波冶金的优势
高效节能
微波加热具有高效性， 能够显著缩短冶金过程 所需时间，降低能源消
耗。
环保
与传统冶金方法相比， 微波冶金产生的废弃物 较少，对环境的影响较
小。
操作难度大
微波加热的特性和参数控制较 为复杂，对操作人员的技能要
求较高。
安全风险
微波加热过程中存在一定的安 全风险，需要采取有效的防护
措施。
未来发展方向与趋势
降低设备成本
未来研究将致力于降低微波冶 金设备的成本，使其更适用于
工业生产。
优化工艺参数
进一步研究微波冶金工艺参数 ，提高产品质量和降低能耗。
为了进一步提高冶金效率和产品质量，可 以尝试将微波冶金与其他技术（如化学冶 金、物理冶金等）进行结合。
THANKS
感谢观看
微波在冶金中的重要性
提高冶金效率
微波加热具有快速、均匀的优点 ，可以提高冶金过程的反应速度 和效率，降低能耗和缩短生产周
期。
改善冶金产品质量
微波加热可以促进冶金过程中的 化学反应和相变过程，从而改善
产品的纯度、组织和性能。
微波有机反应
CuCl(I), EtOH
N2O
Conventional: 4-24 h at 100℃, 60-70% (isolated) Microwave: 5 min at 150℃, 100% conversion by LC/MS
Boronic Mannich Reaction
Maria H-K
O
O
N
The reaction stopped prior to the cyclization with both methods.
Transition Metal-mediated Reaction-3
Todd F
Amidine Synthesis from Nitrile
N H N N N
+
Transition Metal-mediated Reaction-1
Shulan Z
Suzuki coupling
O B
O
boc N O
O
I Pd(Ph 3P) 4, CsF DME-MeOH O N boc boc N O
O
+
O
N
boc
Conventional: 6-24 h at 80℃, did not work at all Microwave: 5 min at 180℃, 34% (isolated)
微波反应仪
One at a time 反应物容量2-7mL <200 ℃
24位自动进样合成仪 反应物容量0.5~6mL -80 ℃ ~300 ℃
Pfau-Plattner reaction (liquid-liquid reactants)
O NH2
Heat
化学化学反应与分析中的微波技术应用探究
化学化学反应与分析中的微波技术应用探究化学领域中，化学反应和分析是其最为关键、最为基础的部分。
近年来，随着技术的不断发展和进步，微波技术在化学反应和分析中的应用也越来越广泛，其速度快、效果好的特点也得到了越来越多的重视。
本文将从微波技术的概念、原理和应用来探究微波技术在化学化学反应与分析中的应用。
一、微波技术的概念和原理微波技术是一种高频电子技术，在200MHz至300GHz频率范围内的电磁波均属于微波波段。
这种技术具有较高的穿透力和能量传输效率，能够快速而稳定地传输能量，所以也被广泛用于化学反应和分析中。
微波反应的速度与传统加热方式相比，快了2-10倍，其主要原因是微波热效应可以使反应溶液内部的分子、离子、原子的平均运动速度都增加，从而加速反应速度。
另外，还有一些微波物理学中相对于传统加热方式比较特别的现象，例如超临界微波等离子体、微波火花等，这些现象将持续推动微波技术在化学反应和分析的领域中的应用。
二、微波技术在化学反应中的应用1.微波辅助合成新化合物微波反应可以使新分子合成的反应速度极快，合成出的产物除了数量上更多，对于某些化合物的极性、分子尺寸、空间结构上的易于控制，从而更容易快速合成出希望得到的化合物。
例如，许多药物分子都是通过微波反应合成而来的，而这些药物分子在对人体疾病进行治疗时也发挥出了很好的作用。
2.微波促进无水合金属离子还原反应微波可以促进无水合金属离子还原反应，从而使产物反应制备完成的时间变短，产物纯度和晶体度明显提高。
这种技术在绿色合成、催化剂合成和晶体耐久性等方面均有广泛应用。
3.微波辅助合成纳米颗粒纳米颗粒的制备一直是一个比较难以实现的问题，但是，微波技术的应用可以在短时间内制备出一种具有独特物理化学特性，大小在10nm至100nm间的纳米颗粒。
三、微波技术在化学分析中的应用1.微波消解样品微波消解有明显的优势，比如操作简单、样品处理时间短、效率高、耗材少等，因此一般实验室中使用微波消解以解决样品预处理的问题。
微波炉在中学化学实验中的应用
微波炉在中学化学实验中的应用作者：陆燕海来源：《化学教学》2007年第02期摘要：利用微波炉加热速度快、温度易控制的特点以及产生的微波对某些化学反应独特的作用，将微波炉应用于中学化学实验中硫酸铜晶体分解、乙酸乙酯催化合成及淀粉水解等实验方面进行了一定的尝试。
关键词：微波炉；加热；催化；样品处理文章编号：1005-6629(2007) 02-0004-02中图分类号：C633．8文献标识码：C微波炉目前已是许多家庭必备的用具。
微波炉磁控管阴极发射的电子向阳极运动过程中，在磁控管内电磁场力和永磁铁轴向磁场的双重作用下作摆线运动。
将振荡产生的2450MHz微波输入炉腔，引起极性分子(如水分子)的高频振荡，通过分子间相互摩擦、碰撞，最终导致食物加热。
微波炉具有加热速度快、温度易控制、节能省电等优良特性，若将它应用于某些中学化学实验可以收到意想不到的效果。
1 微波加热微波炉加热速度快，升温速度可达10℃／s，在短时间内即可达到反应温度、热效率高，而且加热均匀、无加热梯度、无滞后效应，反应往往在数分钟内即可完成。
实验1：硫酸铜晶体中结晶水含量的测定。
采用传统加热方式存在的问题有：①坩埚置于泥三角上加热稳定性差易倒伏、操作技术要求高；②酒精灯加热分解2．0g样品大致需时7～12min，反应时间长；③加热温度难控制，时间稍长还可能会引起无水硫酸铜分解。
若选用微波炉加热．只需将盛放样品的瓷坩埚(加盖)置于炉腔内，火力强度为高火档(输出功率100％)，2～3min即可完成，实验时间短、效果好。
2催化合成用微波炉产生的高频率微波辐射炉腔内某些反应的反应物，可以快速得到相应产物，提高反应的转化率，大大缩短反应所需要的时间。
而且，用微波炉来合成某些化学物质时避免了常规水浴、油浴、砂浴或电热套等加热设备，操作简单，便于控制．实验环境好，劳动强度低。
实验2：微波催化合成乙酸乙酯。
在50ml锥形瓶中加入适量的冰醋酸、乙醇(酸醇物质的量之比为1：0．8)和0．5～1g AlCl3固体作催化剂并振荡，瓶口装上一空干燥管后放入微波炉中，选择解冻档(输出功率30％)微波辐射5min，取出、水浴冷却后倒人盛饱和食盐水的烧杯，液面上有一层较厚的油层，并可闻到香味。
第七章 微波化学
第七章微波化学7.1概述（1）微波：频率大约在300MHz（300×106Hz）~300GHz（300×109Hz），波长在1mm ~100cm范围的电磁波，位于红外辐射和无线电波之间。
（2）微波性质：A.微波可穿透某些材料。
eg：玻璃、陶瓷、某些塑料（如聚四氟乙烯）等，因此，这些材料可作为家用微波炉炊具、支架等。
B.微波可被一些介质材料吸收而产生热。
eg：水、碳、食品、木材、湿纸等，因此可作为一种能源和加工方法，应用于多种领域。
（3）微波的产生和传导：低功率微波可用Guna二极管或速调管振荡器产生；100W以上微波则常用磁控管产生。
微波可以用波导或同轴电缆等传输。
（4）微波加热的特点可在不同深度同时产生热，加热快速、均匀，处理材料所需时间非常短，节约能源，保持食品营养成分，防止材料中有效成分的破坏和6流失等。
（5）应用：基于微波的特有性质，微波在各方面得到广泛应用A.波长在1~25cm波段的微波专门用于雷达和电讯传输。
为防止微波功率对无线电通讯、广播、电视、雷达等造成影响和干扰，国际上对科研、医学、家电等民用微波频段都有规定。
B.家用微波炉：第二次世界大战后，研究者发现微波热效应，1945年美国雷达公司研制了第一台微波炉。
C.微波还可以应用于：①干燥纸张、木材、皮革、烟草、中草药等；②医疗器械、食品等的灭菌；③生物医学上，诊断治疗肿瘤等。
7.2微波和物质的相互作用物质分子的总能量由如下几部分组成：E总=E e+E v+E r+E tE总：分子总能量，E e：电子能，E v：振动能，E r：转动能，E t：平动能。
波的频率与分子能量的关系表：波的种类频率（Hz）波数（cm-1）波长（cm）能量（J/mol）分子能量γ射线1020 1010 10-10 1011 核重排X射线1018 108 10-8 109 电子（内壳层）紫外线1016 106 10-6 107 电子（价态）可见、红外1014 104 10-4 105远红外1012 102 10-2 103 振动能微波1010 1 1 10 转动能射频波108 10-2 102 10-1*微波的波长在0.1~100cm之间，因此只能激发分子的转动能级跃迁。
第二章提取、分离、鉴定教学提纲
三七的水提液 MgSO4 至饱和 （三七皂苷乙）
（三）简单萃取法（simple extraction）
原理：利用混合物中各成分在两种互不相溶的 溶剂中分配系数的不同而达到分离的方法。 分配系数相差越大，分离效率越高。
纳滤 反渗透
1-10nm ≤1nm
去除分子量为 3000-1000 的小分子物质，集 浓缩与透析于一体。
仅透过小分子溶剂，截留无机盐，金属离子， 和低分子量的物质。制备医用水，注射用水， 医用透析水；水的脱盐纯化
膜分离技术在中药提取分离中的应用
➢ ①用于提取中药有效成分 ➢ ②用于制备中药注射剂及大输液 ➢ ③用于制备中药口服液 ➢ ④用于制备药酒等其他中药制剂
保。 ➢ ③选择性高。 ➢ ④适用范围广（热原，细菌→有机物，无机物）。 ➢ ⑤可实现连续化和自动化操作，易与其他生产过程匹配，满足中
药现代化生产要求。
膜分离技术的类型
类型 范围
应用
微滤
≥0.1μm
截留颗粒物，液体的澄清，细菌的去除；超 滤和反渗透的前处理。
超滤
除颗粒，除菌，澄清；除病菌，热原，胶体， 10-100nm 蛋白等大分子物质。用于分离提纯和浓缩。
pH梯度萃取法
总提取物/乙酸乙酯 酸性 水萃取
酸水层 调pH12，有机溶剂萃取
有机层 NaHCO3
有机层
水层
NaHCO3层
（碱性物质）（糖等强极性、 酸化，有机溶剂萃取
有机层 NaOH液提萃取
中性物质）
化学人教选修3学案：预习导航第二章第三节 分子的性质第1课时含解析
预习导航
第一课时键的极性与分子的极性范德华力和氢键及其对物质性
质的影响
微波炉
一、键的极性和分子的极性
1．键的极性
2.
自主思考1。
非极性分子中一定不含极性键，极性分子中一定不含非极性键，对吗？
提示：都不对。
含极性键的分子空间对称时是非极性分子，如CH4；含非极性键的分子也可能是极性分子，如H2O2。
二、范德华力及其对物质性质的影响
三、氢键及其对物质性质的影响
提示：HF分子间可以形成氢键，导致沸点升高;HI、HBr、HCl 相对分子质量逐渐减小,范德华力降低,沸点降低。
微波技术在微波化学中应用
微波技术在微波化学中的应用国外微波能在化学合成、分析化学、新材料合成、陶瓷烧结、橡胶工业、造纸生产、皮革行业、香料萃取、塑料工业等化工化学领域得到了广泛的应用。
国内微波能在化学化工各个领域内的应用研究参差不齐，在有些领域还较为落后。
但近年来发展很快,并得到愈来愈多的关注,微波化学在相关产业中的应用可以降低能源消耗、减少污染、改良产物特性,因此被誉为“绿色化学”,有着巨大的应用前景。
此外,微波在金属有机化合物、热分解反应和环境保护等方面也都取得了很大进展,可以看出,微波化学实际上已成为化学学科中一个十分活跃、富有创新成果的新的分支学科。
一、微波的加热原理和主要特点微波加热有2个主要特点。
其一,该加热属于体加热,热量产生于物质内部;其二,微波加热表里一致,均匀、速度快、热效率高、产品质量好,可以进行选择性加热,容易实现自动化控制。
微波对被照物有很强的穿透力,对反应物起深层加热作用。
对于凝聚态物质,微波主要通过极化和传导机制进行加热。
微波不仅可以改变化学反应的速率,还可以改变化学反应的途径。
微波辐射改变化学反应速率的原因主要有微波热效应(thermaleffects)和微波非热效应(nonthermaleffects)。
微波作用于反应物,加剧分子的运动,提高了分子的平均动能,加快了分子的碰撞频率,从而改变反应速率。
这种通过微波加热,使温度升高,改变反应速率的现象称为热效应。
微波热效应得到了众多学者的认可,微波加热机理也很清楚。
而微波非热效应则一直处于争论之中。
微波化学中温度测量是一个难题,因此在研究微波化学机理时一定要注意温度的测量和控制,这样才可能得到与常规加热对比的可靠结果。
二、微波的产生与传输奇妙的微波以它独特的功能开拓了微波应用的新领域,那么微波是怎样产生和传输的呢?无线电波是由传统的电子管产生的,通过改进电子管的结构或控制电子运动速度,不断提高振荡频率,让它们一直高到微波段,从而可产生微波。
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1947年，世界上第一台家用微波炉研制成功
微波加热的特 点
a) 快速加热。微波能以光速(3×109m/s)在物体中传播，瞬间(约109秒 以内)就能把微波能转换为物质的热能，并将热能渗透到被加热物质中， 无需热传导过程。 b) 快速响应能力。能快速启动、停止及调整输出功率，操作简单。 c) 加热均匀。里外同时加热。 d) 选择性加热。介质损耗大的，加热后温度高，反之亦然。 e) 加热效率高。由于被加热物自身发热，加热没有热传导过程，因此 周围的空气及加热箱没有热损耗。 f) 加热渗透力强。透热深度和波长处于同一数量级，可达几厘米到十 几厘米，而传统加热为表面加热，渗透深度仅为微米数量级。 g) 安全无害。由于微波能是控制在金属制成的加热室内和波导管中工 作，所以微波泄漏极少，没有放射线危害及有害气体排放，不产生余热 和粉尘污染，既不污染食物，也不污染环境。
7.1.2.1 微波在有机化学中的应用
由于微波作用下有机反应的速率可比传统加热方法快几 倍至几千倍,且具有操作方便、产率高、产品易纯化等特点, 所以微波有机合成发展非常迅速。至今研究过的有机合成 反应有酯化、Diels2Alder、重排、Knoevenagel、 Perkin、苯偶姻缩合、Reformatsky、Deckman、缩醛 (酮)、Witting、羟醛缩合、开环、烷基化、水解、烯烃加 成、消除、取代、自由基、立体选择性、成环、环反转、 酯交换、酯胺化、催化氢化、脱羧、糖类化合物、有机金 属、放射性药剂等反应。
微波加热与传统加热的比较
传统的加热：由外部热源通过热辐射由表及里的传导时加 热。能量利用率低，温度分布不均匀。 微波加热：通过电介质分子将吸收的电磁能转变为热能的 一种加热方式，属于体加热方式，温度升高快，并且里外 温度相同。
与传统加热相比, 微波加热的优点： a)微波能量可远距离输入，而不用能量源与化学品相
接触； b) 能量的输入可快速地开始或停止； c) 加热速率高于传统加热方式
微波改变化学反应的作用机理
两种不同观点： 一种认为微波诱导有机合成反应速
率或产率的提高在于微波的致热作用 和过热作用，即微波热效应；
另一种观点则认为在微波作用下存 在着其独特的非致热效应----微波非热 效应。
7.1.2 微波在化学中 的应用
a）似光性。微波波长非常小，当微波照射到某些物体上时， 将产生显著地反射和折射，就和光线的反、折射一样 b）穿透性。微波照射于介质物体时，能够深入该物体内部 的特性 称为穿透性； c）信息性。微波波段的信息容量非常巨大，即使是很小的 相对带宽，其可用的频带也是很宽的，可达数百甚至上千兆 赫； d）非电离性。微波的量子能量不够大，因而不会改变物质 分子的内部结构或破坏其分子的化学键，所以微波和物体之 间的作用是非电离的。
（1）纯反应物的反应
在无溶液条件下，通过微波照射，纯反应物的 酰胺化反应可以进行，可以有效解决溶剂的挥发、 易燃易爆、污染环境等问题。
（2）相转移催化反应 固液相无溶剂相转移催化反应是一种特殊的阴离子反
应。有机物的有些烷基化相转移反应甚至可以在干态下 进行，反应速率可提高约 200倍。
丁子香酚的异构化
烷基化
（3）“干媒介”反应
干媒介反应是有机反应物被吸收在酸性或碱性支撑物（氧化 铝，硅土，蒙脱土，沸石等）上，进行微波辐射。
（4）高温水相反应
因为水的介电常数较小，在高温下的行为有些像有机溶剂，可以 溶解有机化合物，但是在环境温度下只能极少溶解，利用这一特性， 采用微波可进行一些高温的合成反应。
微波合成的选择性优于常规方式，采用微波加热诱 导期极短，甚至没有诱导期，从而有效防止了其他晶相 的生成。
（3）无机纳米粒子的改进
纳米无机颗粒表面活性强，容易形成尺寸较大的 团聚物。采用微波加热，3min后，分散相温度可达 120 °C，而TiO2仅有50 °C，提供了热源，以避免了 纳米粒子的长大。
研究背景
早在1969年，美国科学家 Vanderhoff就利用家用 微波炉加热进行了丙烯酸酯、丙烯酸和 α-甲基丙烯酸的 乳液聚合，意外地发现与常规加热相比，微波加热会使 聚合速度明显加快。
1986年加拿大Gedye教授发表了第一篇微波催化化 学合成的论文。
1992年9月在荷兰召开了第一次世界微波化学会议， 正式采用“微波化学”这个术语。
微波化学
7.1.1 微波作用机理
什么是微波 ？
微波是频率范围在300MHz到300GHz的超高频电磁波，其真空中波长从 1m到0.1mm。它位于电磁波谱的红外辐射（光波）和无线电波之间。
医用及家用等民用微波频率一般 为900（+/-15）MHz和2450 （+/-50）MHz
微波不同于其他波段的重要特点
（5）在酸碱水溶液中的反 应
用微波炉进行酯化反应，与传统回流方法相比，速率
一般可提高1.3—180倍，而且反应速率的提高与所用的
溶剂的沸点有关。醇的沸点越高，则提高的倍数越小。
7.1.2.2 微波在无机化学中的应用
在无机合成方面，微波主要用于烧结、燃烧合成和水 热合成。微波烧结或微波燃烧合成是指用微波辐照固体原 料，原料吸收微波能而迅速升温，达到一定温度后，引发 燃烧合成反应或完成烧结过程。微波烧结有加热均匀，升 温速率快，燃烧波传播可控制等优点，这一方法主要用于 合成陶瓷，其中包括陶瓷氧化物，金属硼化物，Si3N4， 金属碳化物，压电陶瓷。
微波水热合成可用于制备氧化物粉体，氮化物粉体， 沸石分子筛等。
（1）超导陶瓷的合成 超导材料YBa2Cu3O7-x用常规加热合成方法制备需
要24h.若采用微波合成，CuO、Y2O3和Ba2（NO）3 按一定的化学计量比混合，置入经过改装的微波炉内， 500W辐射5min，放出NO气体。物料经重新研磨， 130～500W微波辐射15min，再研磨，辐射25min。 （2）沸石的合成