химические реакции в магнитном поле
Магнитно-спиновые эффекты в химических реакциях
Многие элементарные физико- химические процессы протекают с участием пар парамагнитных частиц. Примерами таких процессов могут служить триплет- триплетная аннигиляция экситонов в молекулярных кристаллах, рекомбинация электронов и дырок в полупроводниках, разделение зарядов в первичной стадии фотосинтеза. Сюда же относится широкий круг химических реакций распада молекул с образованием свободных радикалов и рекомбинация радикалов. Реакционная способность частиц в этих процессах зависит от мультиплетности электронного состояния пары реагентов. Взаимодействие электронов с внешними постоянными и переменными магнитными полями, сверхтонкое взаимодействие с ядрами, процессы парамагнитной релаксации и т.д. изменяют мультиплетность пар реагентов и в итоге влияют на выход продуктов реакции.
Благодаря тому что скорость изменения мультиплетности пар парамагнитных реагентов зависит от напряженности внешнего магнитного поля, в обсуждаемых физико-химических процессах проявляется магнитный эффект: выход продуктов и скорость реакций изменяются с ростом напряженности магнитного поля. Влияние магнитного поля установлено для фотопроводимости молекулярных кристаллов, для радикальных жидкофазных реакций, для рекомбинации электронов и дырок в полупроводниках, для разделения заряда в первичной стадии фотосинтеза, для рекомбинационной люминесценции в ходе радиолиза и др.
Обсуждаемые магнитные и спиновые эффекты в элементарных физико- химических процессах демонстрируют роль квантовых запретов в этих реакциях и возможность управлять этими реакциями с помощью магнитных взаимодействий. Полученные в этой области результаты существенным образом изменили наши представления о роли сравнительно слабых магнитных взаимодействий в химических реакциях.
А.Л.Бучаченко, Ю.Н.Молин, Р.3.Сагдеев,К.М.Салихов, Е.Л.Франкевич
Электромагнитное излучение и химические реакции
Статья просмотрена: 1316 раз
Библиографическое описание:
Березовчук, А. В. Электромагнитное излучение и химические реакции / А. В. Березовчук, А. В. Шантроха, М. А. Старшов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2010. — № 11 (22). — Т. 1. — С. 109-112. — URL: https://moluch.ru/archive/22/2312/ (дата обращения: 30.09.2021).
Целью данной работы является изучение влияния электромагнитного излучения (ЭМИ) мм- диапазона на изотропные водные растворы салициловой кислоты и ее комплексов с железоаммонийными квасцами. Приводятся результаты данного взаимодействия. Полученный эффект находит применение в различных отраслях химической промышленности и связанных с ней областях.
Анализ экспериментальных исследований, посвященных воздействию миллиметровых волн на живые и неживые объекты, свидетельствует о выраженном влиянии на них КВЧ волн. К примеру, в живых объектах с клетками растительного или животного происхождения, которые затрагивают фундаментальные аспекты их жизнедеятельности и функционирование клеточных мембран, а также в неживых объектах – в химических системах [1].
Существует определенная потребность в быстром и бесконтактном определении некоторых параметров химических, биологических и экологических систем в условиях внешнего общего электромагнитного облучения. При этом являются актуальнымивыбор модельной системы, позволяющей оценить качественные и количественные характеристики подобного воздействия. Определенные практический и научный интерес представляет оценка воздействия ЭМИ мм – диапазона на изотропные конденсированные системы, в частности растворы продуктов деградации некоторых наиболее часто используемых лекарственных веществ – салициловой, ацетилсалициловой и др. кислот. С подобными воздействиями человек встречается практически ежедневно.
Поставленная цель достигалась выполнением следующих задач:
— обоснование состава экспериментальной системы для изучения в характера воздействия ЭМИ;
— проведение экспериментальных исследований по оценке влияния ЭМИ 58-73 ГГц на водные и буферные растворы салициловой кислоты и ее комплексов с железоаммонийными квасцами;
— оценка результатов выполненных экспериментальных исследований и формулировка направления дальнейших исследований.
Проведенные исследования дают основание считать, что установленные в ходе экспериментов эффекты могут быть использованы в различных отраслях промышленности, в частности, при водоподготовке, а также очистке сточных вод промышленных предприятий и др.
МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Модельная система состоит из салициловой кислоты, железо-аммониевых квасцов, тетрабората натрия и воды.
Характеристики основных компонентов модельной системы
Салициловая кислота (СК) О-оксибензойная кислота. МВ = 138,12 г/моль. Это бесцветные кристаллы, летучие с парами воды; tпл. 159 °С tкип. 211 °С. Растворимость в воде, г/л: 0,8 (0°); 1,8 (20°); 8,2 (60°).
железо-аммониевые квасцы NH4 (Fe SO4)2´12H2O– кристаллогидраты двойных сернокислых солей. Их относят к комплексным соединениям с очень небольшой степенью устойчивости комплексных ионов. Итак, индикаторы представляют собой реагенты, содержащие помимо функциональных групп, характерных для контролируемой системы, еще и хромоформную группу.
Ход эксперимента Готовят растворы салициловой кислоты, железоаммониевых квасцов и тетрабората натрия определенных концентраций. К растворам, полученным путем смешения 1 мл каждого из ранее полученных растворов, к аналитической матрице прибавляют 4 мл 0,2% раствора железоаммониевых квасцов и количественно разбавляют буферным раствором до 100 мл. Полученные растворы фотометрируют при l, нм: 335-450. Данные занесены в таблицу (см. Приложение). Температуру измеряют с помощью ртутного термометра, рН раствора – с помощью индикаторной бумаги. Работа выполнялась при нормальных условиях.
Результаты исследований и их обсуждение
Анализ представленных данных показывает, что при облучении изменяется оптическая плотность растворов и незначительно повышается температура модельных систем (на 1-3 °С), сказывается тепловое воздействие. В зависимости от времени меняется цвет раствора и даже происходит осветление растворов, а также выпадение осадка. Вполне вероятно, что образовавшийся осадок представляет собой аморфную окись железа III. Она обладает развитой поверхностью и высокими сорбционными свойствами. Данное обстоятельство позволяет рассматривать подобный процесс в качестве основы новых методов обеззараживания бытовых и производственных сточных вод. Полученные результаты позволяют предположить, что использованные в работе методы также могут найти применение в фармацевтике.
Необходимо отметить, что воздействие ЭМИ на исследованные модельные системы приводит к сдвигу края их полос поглощения. Данные представлены в виде таблицы и диаграммы, см. Приложение. Это явление обнаружилось при измерении оптической плотности раствора салициловой кислоты в буфере с добавлением индикатора (железоаммонийных квасцов). Полученные данные косвенно указывают на присутствие комплекса железа.
Мы также предполагаем, что это связано с изменением конформаций взаимодействующих молекул, приводящих к нарушению их взаимной комплементарности и распаду, уже образовавшихся комплексов железа, о чем и свидетельствует выделения осадка оксида железа (III). Молекулярно-массовые характеристики и конформации в растворе являются ключевыми параметрами, обусловливающими как выход, так и характеристики конечного продукта.
Необходимо отметить, что данный эффект «дозозависим» – чем дольше модельная система подвергается облучению, тем в большем количестве выделяется оксида железа.
Необходимо также отметить, что графики «концентрация-пропускание» в модельных системах схожи с графиками, представленными в литературе и, отражающими выживаемость животных (мышей и дрозофил) от длительности облучения (данные не приводятся).
Также при определении оптической плотности одного из анализируемых растворов мы обнаружили экспоненциальную зависимость пропускания от их концентрации (данные не приводятся).
В ходе исследований обнаружено, что эффект воздействия ЭМИ зависит не только от времени, но и от объема и геометрических размеров реактора, содержащего модельную систему. Эффект зависел от расстояния реактора до волновода. Вполне вероятно, что здесь проявляется «эффект обратной волны».
Представляло интерес выяснить, что будет происходить с растворами в чашке Петри. Оказывается, при облучении модельных растворов, помещенных в чашки Петри, этот эффект не проявляется. В ряде случаев конкретная интерпретация и анализ бывают затруднены характером не изученных систем. Настоящая работа посвящена ранее не изученным эффектам, что требует привлечение математического аппарата.
1. Алексеев С.И., Большаков М.А., Филиппова Т.М. О механизмах действия ЭМИ дециметрового диапазона на нервную клетку // Тез. докл. симпозиума «Механизмы биологического действия электромагнитных излучений». Пущино, ОНТИ НЦБИ, 1987.- 35-36.
3. Аловская А.А., Гапеев А.Б., Сафронова В.Г., Фесенко Е.Е., Чемерис Н.К., Якушина В.С. Резонансное ингибирование активности перитонеальных нейтрофилов мыши при действии низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ в ближней и дальней зонах антенны // Вестник новых медицинских технологий.- 1997.- Т. IV, N 3.- С.38-45.
4. Андреева А.П., Дмитриева М.Г., Ильина С.А. Влияние СВЧ-излучения малой мощности на гемоглобин // Электронная техника. Серия Электроника СВЧ.- 1971.- Вып.11.- С.121-123.
5. Афромеев В.И., Субботина Т.И., Яшин А.А. Современные медицинские технологии, использующие высокочастотные поля, в аспекте новых концепций клеточных и субклеточных взаимодействий // Автоматизация и современные технологии.- 1998.- N 4.- С.24-28.
7. Гапеев А.Б., Сафронова В.Г., Чемерис Н.К., Фесенко Е.Е. Модификация активности перитонеальных нейтрофилов мыши при воздействии миллиметровых волн в ближней и дальней зонах излучателя // Биофизика.-996.-