Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

На рис. 27 приведена фотография ультразвуковой волны (темный прямоугольник).

Если на пути ультразвука поместить преграду — обычную пробку, то она отбросит звуковую тень. В ячейках растра, попавших в область тени, иод не будет выделяться и раствор не посинеет. На рис. 28 приведена фотография подобной звуковой тени (светлый прямоугольник) на фоне посиневшего от действия ультразвука растра.

Первоначально все химические действия ультразвука пытались объяснить какой-нибудь одной причиной, но попытка эта успеха не имела. При распространении ультразвука в жидкости возникает ряд явлений, каждое из которых может быть причиной химических превращений.

Электрический разряд в кавитационных пузырьках не является единственной причиной химических действий ультразвука. При захлопывании кавитационных пузырьков, как мы знаем, возникают огромные давления, которые измеряются тысячами атмосфер. Подобное увеличение давления сопровождается значительным повышением температуры. Большие давления и температуры, хотя и ограничены микроскопическими объемами жидкости, все же могут вызывать химические превращения.

Большое значение имеют также колебания мельчайших пузырьков воздуха, резонансные частоты которых совпадают с частотой звуковой волны.

Недавно удалось доказать, что ультразвук может вызывать некоторые химические превращения и в отсутствие кавитации, только действие его в этом случае значительно ослабляется.

В последние годы и в технике и в быту широкое распространение приобрели предметы, сделанные из каучука и различных пластических масс. Молекулы этих веществ отличаются очень большими размерами. Они так и называются: макромолекулы, или молекулы-гиганты. Макромолекулы возникают в результате полимеризации — соединения большого количества более мелких молекул.

Полимеризация — одна из важнейших реакций в химической промышленности. В некоторых случаях она протекает только в присутствии особых сочетаний атомов, так называемых свободных радикалов. Поскольку ультразвук, как мы уже знаем, вызывает появление свободных радикалов, возникла мысль: а нельзя ли воспользоваться им для ускорения реакции полимеризации? Недавно это предположение удалось подтвердить опытами.

Для исследования было выбрано вещество, молекулы которого способны укрупняться только в присутствии радикалов. Специальной очисткой был приготовлен водный раствор этого вещества, который не содержал радикалов. Раствор простоял шесть месяцев и не изменился. Но стоило его подвергнуть действию мощного ультразвука, как раствор заполимеризовался.

У читателя, естественно, возникает вопрос: каким же образом удается следить за изменением размеров молекул, которые так малы, что их нельзя увидеть даже в самый лучший микроскоп?

В этом случае на помощь ученым приходит зависимость, которая существует между вязкостью раствора и размером молекул.

Чем больше размер молекул, тем больше вязкость раствора.

Недавно было открыто влияние ультразвука на полимеризацию двух важных химических веществ: стирола и бутадиена. Эта реакция лежит в основе получения одного из видов искусственного каучука и потому представляет особенный интерес. Оказалось, что если подействовать на стирол мощным ультразвуком и одновременно увеличить давление примерно до 4–5 атмосфер, то реакция полимеризации значительно ускорится. На рис. 29 изображено влияние озвучивания на полимеризацию стирола. На вертикальной оси — выход готового продукта в процентах, а на горизонтальной — время озвучивания. Мощность ультразвука составляла 0,03 ватта на каждый кубический сантиметр озвучиваемого вещества. Нижняя кривая относится к контрольному образцу, который озвучиванию не подвергался.

Как легко видеть, озвучивание в течение 40 минут удваивает количество готового продукта. Озвучивание может вызывать не только ускоренную полимеризацию вещества. Можно надеяться воздействовать таким способом и на свойства готового продукта.