微波化学ppt课件
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• 已研究过的催化反应有
– 甲烷合成高级烃类 – 光合作用的模拟 – 酸气污染物的去除等
历程
20
• 在分析化学、提取化学方面， 用微波进行了样品溶解。
• 在蛋白质水解方面，采用微波 技术建立了一种快速、高效的 新方法。
• 在大环、超分子、高分子化学 方面，开展了采用微波法制备 一些聚合物的研究工作。
12
合成化学---上世纪60年代后
• 微波等离子体用于合成化学则是 60年代以后的事，其中最成功的 实例包括：
– 金刚石、多晶硅、氮化硼等超硬材料 – 有机导电膜 – 蓝色激光材料c-GaN – 单重激发态氧O2的合成 – 高分子材料的表面修饰 – 微电子材料的加工等
其中不少现已形成了产业。
历程
13
历程
17
• 这一在微波沪中进行的有机反 应的成功，导致在其后的短短 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 题——MORE化学
(Microwave-Induced Organic
Reaction Enhancement Chemistry)。此后微波技术在 有机化合物的几十类合成反应 中也都取得了很大成功。
核废料处理
历程
• 1970年，Harwell使用微波装 置成功地处理了核废料。
14
样品烘干----1974年
历程
• 在化学中直接利用微波能的研 究也开始于分析化学。1974年， Hesek等利用微波炉进行了样 品烘干。
15
微波消解
历程
有人用它作生物样品的微波消 解并取得了很大成功。现在这 一技术己经商品化并作为标准 方法被广泛用于分析样品的预 处理。
9
微波加热作用的特点：
• 在不同深度同时产生热，这种 “体加热作用”，不仅使加热 更快速，而且更均匀，从而大 大缩短了处理材料所需的时间， 节省了宝贵的能源，还可大大 改善加热的质量，保持食品的 营养成分，防止材料中有用 （有效）成分的流失等。
10
二.微波化学的发展历程 历程
• 微波化学是根据电磁场和电磁 波理论、电介质物理理论、凝 聚态物理理论、等离子物理理 论、物质结构理论和化学原理， 利用现代微波技术来研究物质 在微波场作用下的物理和化学 行为的一门科学,是一门新兴 的交叉性学科。
微波与物质的作用:
• 与微波化学有关的物质主要是 吸收微波的材料，按照这些材 料被加热的机理，它们又可被 分为：
• 1. Dipolar polarisation • 2. Conduction mechanism • 3. Interfacial polarisation
上述作用都可使物质的温 度快速升高——热效应
6
Dipolar Polarisation (Dipole interactions)
微波能的电场增加时， 电场使极性分子有一定 取向，电场减弱时，重 新恢复热运动的无序状 态。每秒内分子的定向 和热无序状态变化4.9 x 109 次，因此加热非 常快。
偶极作用
7
Conduction Mechanisms (Ionic conduction)
历程
18
无机固相反应---近年
• 微波技术在无机固相反应中的 应用是近年来迅速发展的一个 新领域，现已广泛应用于
–陶瓷材料(包括超导材科)的烧结 –固体快离子导体 –超细纳米粉体材料 –沸石分子筛的合成等
历程
19
催化领域
• 在催化领域，由于Al2O3,SiO2等 无机载体不吸收微波，微波可直 接传送到负载于载体表面的催化 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 反应的进行。
历程
21
• 此外，微波技术在采油、炼油、 冶金、环境污染物治理等方面 也都取得了很多进展。
• 可以看出，微波技术在化学中 的应用己几乎遍及化学学科的 每一个分支领域。
• 微波化学实际上已成为化学学 科中一个十分活跃而富有创新 成果的新兴分支学科。
历程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ22
微波化学加速度发展:
2.5~3.0万微波化学家/全球
www3.interscience.wiley/cgi-bin/fulltext/109799813/HTMLSTART
23
离子传导
在所加电磁场中,被 解离的离子的传导 迁移。这种离子迁 移电流由于离子流 电阻产生热。
Interfacial Polarisation
• 这可被看作是前述两种作用的结合,对 于非导体材料中散布有导体材料的情况 （如硫中散布有金属颗粒的情况），这 一机理是主要的： 硫不吸收微波，但是金属粉末却是 好的微波吸收体，通过类似于偶极极化 的机理而被加热。其环境（硫）则类似 于极性分子的溶剂，通过一种相当于极 性溶剂中的粒子间作用力限制离子的运 动。这些限制力在振荡场的作用下将使 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。
11
微波等离子体化学---1952年
历程
• 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究。
• 最早在1952年，Broida等人采用形 成微波等离子体的办法以发射光谱 法测定了氢－氘混合气体中氘同位 素的含量。
• 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 离子体原子发射光谱分析的新领域。
16
有机合成化学---1986年
• 微彼技术用于有机合成化学始于 1986年，Gedye等首先发表了用 微波炉来进行化学合成的“烹饪 实验”文章，以4-氯代苯基氧钠 和苄基氯反应来制备4-氯代苯基 苄基醚。
• 传统的方法需耗时12h，产率为65 ％；而采用微波加热方法仅35s使 能得到相同产率的化合物，其反 应速率可以快1000倍以上。
– 甲烷合成高级烃类 – 光合作用的模拟 – 酸气污染物的去除等
历程
20
• 在分析化学、提取化学方面， 用微波进行了样品溶解。
• 在蛋白质水解方面，采用微波 技术建立了一种快速、高效的 新方法。
• 在大环、超分子、高分子化学 方面，开展了采用微波法制备 一些聚合物的研究工作。
12
合成化学---上世纪60年代后
• 微波等离子体用于合成化学则是 60年代以后的事，其中最成功的 实例包括：
– 金刚石、多晶硅、氮化硼等超硬材料 – 有机导电膜 – 蓝色激光材料c-GaN – 单重激发态氧O2的合成 – 高分子材料的表面修饰 – 微电子材料的加工等
其中不少现已形成了产业。
历程
13
历程
17
• 这一在微波沪中进行的有机反 应的成功，导致在其后的短短 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 题——MORE化学
(Microwave-Induced Organic
Reaction Enhancement Chemistry)。此后微波技术在 有机化合物的几十类合成反应 中也都取得了很大成功。
核废料处理
历程
• 1970年，Harwell使用微波装 置成功地处理了核废料。
14
样品烘干----1974年
历程
• 在化学中直接利用微波能的研 究也开始于分析化学。1974年， Hesek等利用微波炉进行了样 品烘干。
15
微波消解
历程
有人用它作生物样品的微波消 解并取得了很大成功。现在这 一技术己经商品化并作为标准 方法被广泛用于分析样品的预 处理。
9
微波加热作用的特点：
• 在不同深度同时产生热，这种 “体加热作用”，不仅使加热 更快速，而且更均匀，从而大 大缩短了处理材料所需的时间， 节省了宝贵的能源，还可大大 改善加热的质量，保持食品的 营养成分，防止材料中有用 （有效）成分的流失等。
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二.微波化学的发展历程 历程
• 微波化学是根据电磁场和电磁 波理论、电介质物理理论、凝 聚态物理理论、等离子物理理 论、物质结构理论和化学原理， 利用现代微波技术来研究物质 在微波场作用下的物理和化学 行为的一门科学,是一门新兴 的交叉性学科。
微波与物质的作用:
• 与微波化学有关的物质主要是 吸收微波的材料，按照这些材 料被加热的机理，它们又可被 分为：
• 1. Dipolar polarisation • 2. Conduction mechanism • 3. Interfacial polarisation
上述作用都可使物质的温 度快速升高——热效应
6
Dipolar Polarisation (Dipole interactions)
微波能的电场增加时， 电场使极性分子有一定 取向，电场减弱时，重 新恢复热运动的无序状 态。每秒内分子的定向 和热无序状态变化4.9 x 109 次，因此加热非 常快。
偶极作用
7
Conduction Mechanisms (Ionic conduction)
历程
18
无机固相反应---近年
• 微波技术在无机固相反应中的 应用是近年来迅速发展的一个 新领域，现已广泛应用于
–陶瓷材料(包括超导材科)的烧结 –固体快离子导体 –超细纳米粉体材料 –沸石分子筛的合成等
历程
19
催化领域
• 在催化领域，由于Al2O3,SiO2等 无机载体不吸收微波，微波可直 接传送到负载于载体表面的催化 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 反应的进行。
历程
21
• 此外，微波技术在采油、炼油、 冶金、环境污染物治理等方面 也都取得了很多进展。
• 可以看出，微波技术在化学中 的应用己几乎遍及化学学科的 每一个分支领域。
• 微波化学实际上已成为化学学 科中一个十分活跃而富有创新 成果的新兴分支学科。
历程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ22
微波化学加速度发展:
2.5~3.0万微波化学家/全球
www3.interscience.wiley/cgi-bin/fulltext/109799813/HTMLSTART
23
离子传导
在所加电磁场中,被 解离的离子的传导 迁移。这种离子迁 移电流由于离子流 电阻产生热。
Interfacial Polarisation
• 这可被看作是前述两种作用的结合,对 于非导体材料中散布有导体材料的情况 （如硫中散布有金属颗粒的情况），这 一机理是主要的： 硫不吸收微波，但是金属粉末却是 好的微波吸收体，通过类似于偶极极化 的机理而被加热。其环境（硫）则类似 于极性分子的溶剂，通过一种相当于极 性溶剂中的粒子间作用力限制离子的运 动。这些限制力在振荡场的作用下将使 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。
11
微波等离子体化学---1952年
历程
• 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究。
• 最早在1952年，Broida等人采用形 成微波等离子体的办法以发射光谱 法测定了氢－氘混合气体中氘同位 素的含量。
• 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 离子体原子发射光谱分析的新领域。
16
有机合成化学---1986年
• 微彼技术用于有机合成化学始于 1986年，Gedye等首先发表了用 微波炉来进行化学合成的“烹饪 实验”文章，以4-氯代苯基氧钠 和苄基氯反应来制备4-氯代苯基 苄基醚。
• 传统的方法需耗时12h，产率为65 ％；而采用微波加热方法仅35s使 能得到相同产率的化合物，其反 应速率可以快1000倍以上。