Сказ о том, как микроволновка науку двигала.
Сегодня у нас речь пойдет о довольно любопытной истории из области экспериментальной химии. Говорят, что химики неплохо готовят. За всю выборку не поручусь, но зачастую эксперимент и впрямь похож на приготовление какого-нибудь экзотического блюда - не пересолить, не пережарить, вовремя добавить уксус… Алгоритмизируется с большим трудом. Только метод проб и ошибок, только опыт и глубокое понимание процессов, идущих в колбе. Впрочем, и это не всегда спасает. Даже Вудворд (Роберт Бернс Вудворд, лауреат Нобелевской премии 1965 года за полный синтез ряда важных природных соединений.) совершал ошибки, хотя на них и стоит поучиться. Но речь не об этом, а о кухне. Даже новичку понятно, что кухню и лабораторию стоит держать подальше. Сахарин и ЛСД попадаются редко, куда вероятней шанс отравиться неведомой фигней. Однако относительно недавно один известный бытовой прибор получил шанс не только попасть в лабораторию на законных основаниях, но и произвести в химии небольшой фурор.
Началась вся эта история в 1942 году, когда американский физик Перси Спенсер обнаружил, что микроволны обладают тепловым воздействием. На тему того как это произошло, существует масса апокрифов, начиная от классической шоколадки и кончая историями про технологии инопланетян. Для нас это будет в основном точкой отсчета бытовой службы СВЧ-излучения. Понятно, что первыми на новинку наложили лапу армейцы и первые микроволновые печи появились в армейских столовых. Впрочем, для домашнего использования они вряд ли подходили - ящик с человеческий рост, весом в 340 кг.
Да и дизайн не блистал. В общем, это был не тот прибор, который хочется держать на кухне. Впрочем, в ресторанах он пришелся ко двору. Да и к 1962 году фирма Шарп создало микроволновку с куда более приличным дизайном.
Результат настолько понравился, что в 1976 году уже в двух третях домов в США были микроволновки.
Но нас интересует прежде всего некухонное применение данного прибора. Действительно, в промышленности он практически сразу нашел применение. Один из самых сложных процессов в промышленности - сушка. Чего угодно. Кофе, сухофруктов, табака, чая, полимеров, керамики… И тут такой замечательный метод, который годится в первую очередь для нагревания воды, именно той, от которой нужно избавиться. А вот сухой продукт нагревается уже гораздо меньше.
Так выглядит современная микроволновая сушильная камера на 7000 л.
Лирическое отступление. Ария квантово-механическая или how does it works для тех, кто помнит школьную физику и хочет разобраться.
Но химикам в лаборатории остается ждать еще 10 лет. Только в 1986 году Richard Gedye, Frank Smith, Kenneth Westaway и другие обнаружили, что органические реакции значительно ускоряются под действием микроволнового облучения. C того времени на рабочем столе химиков появился чудной предмет - domestic microwave oven, в просторечии - бытовая микроволновка. (и законная возможность жарить попкорн на рабочем месте) А если серьезно, то оказалось, что сей недорогой девайс позволяет невероятно, в десятки и сотни раз ускорить многие хорошо известные реакции. Реакция, которая при нагревании идет часы, в микроволновке заканчивается за минуты. Например, есть такие соединения - каликс[4]арены. Достаточно перспективные вещества - могут использоваться в различных детекторах (на тяжелые металлы), как комплексоны для очистки от них же и прочая и прочая. Да и просто красивые. Один из них - тиа[4]каликсарен. (Выбран он не из-за каких-то особых свойств, а просто потому, что под руку попался. Посмотрим на то, как его получали разные люди.
МетодT, °CВремяВыходНагрев210-2307-12 часов65-82%Микроволны2002 минуты96%.
Итак, классика - взяли, смешали, грели, даже жарили. 12 часов при 230° - это достаточно негуманно и в органике используется крайне редко. Но соединение крайне неприхотливое и выход нужного продукта был неплохой. Теперь достаем волшебную палочку засовываем реакционную смесь в микроволновую печь, еще domestic. Две минуты (!) Не 10 и не часов, минут. Ускорение в 200 раз минимум. И вещества получается побольше. Это, конечно, нечастое везение, обычно изменения не столь радикальны, но если повезет...
Рассказывать о методе можно много, по нему с десяток книг написано, но если интересно - то вопросы в комментариях. А сейчас расскажу об еще одной занятной методике. Как я уже говорил - бензин в микроволновке греть бесполезно. А вот металл, уголь и вообще проводящие вещества не просто греются, а за пару минут могут раскалиться до 500-1000°С. Ну и до кучи - платиновые металлы как в виде черни, так и на угле - хорошие катализаторы. А теперь мы берем гексан (он же бензин) или толуол и насыпаем туда немного палладия на угле. Что получается? В растворе у нас холодно, чуть выше комнатной температуры, а на границе с частицами угля - температура под несколько сот градусов. Сделать такую систему более привычными методами попросту нельзя.
Понятно было, что бытовая микроволновка - не самый лучший прибор для такой работы. Нынешная микроволновая печь для органического синтеза выглядит примерно так
А это - реакционный сосуд.
Стандартная пробирка, емкостью 10 мл. Рассчитана на рабочее давление до 30 атмосфер. Для сравнения - бытовой газовый баллон для кухонной плиты имеет рабочее давление 16 атмосфер.
Система в сборе, осталось установить сверху предохранительный клапан (Это та серая штука, которая похожа на эмблему Android) и можно запускать.
Это один из простейших приборов, более серьезные снабжаются массой дополнительных аксессуаров, вплоть до робота-податчика образцов.
В минимальной конфигурации эта печка стоит порядка 20 000$. Дополнительные аксессуары легко удвоят эту сумму. Не коллайдер, конечно, но тоже хорошо. Увы наука дорожает и то, что вчера было безумной экзотикой, завтра будет рабочим инструментом. А послезавтра - промышленным методом синтеза. Вот так выглядит микроволновая установка для полупромышленного органического синтеза
На сем я прекращаю дозволенные речи. Если кого-то заинтересовало - в комментариях отвечу на все вопросы/
[1]
Началась вся эта история в 1942 году, когда американский физик Перси Спенсер обнаружил, что микроволны обладают тепловым воздействием. На тему того как это произошло, существует масса апокрифов, начиная от классической шоколадки и кончая историями про технологии инопланетян. Для нас это будет в основном точкой отсчета бытовой службы СВЧ-излучения. Понятно, что первыми на новинку наложили лапу армейцы и первые микроволновые печи появились в армейских столовых. Впрочем, для домашнего использования они вряд ли подходили - ящик с человеческий рост, весом в 340 кг.
Да и дизайн не блистал. В общем, это был не тот прибор, который хочется держать на кухне. Впрочем, в ресторанах он пришелся ко двору. Да и к 1962 году фирма Шарп создало микроволновку с куда более приличным дизайном.
Результат настолько понравился, что в 1976 году уже в двух третях домов в США были микроволновки.
Но нас интересует прежде всего некухонное применение данного прибора. Действительно, в промышленности он практически сразу нашел применение. Один из самых сложных процессов в промышленности - сушка. Чего угодно. Кофе, сухофруктов, табака, чая, полимеров, керамики… И тут такой замечательный метод, который годится в первую очередь для нагревания воды, именно той, от которой нужно избавиться. А вот сухой продукт нагревается уже гораздо меньше.
Так выглядит современная микроволновая сушильная камера на 7000 л.
Лирическое отступление. Ария квантово-механическая или how does it works для тех, кто помнит школьную физику и хочет разобраться.
Но химикам в лаборатории остается ждать еще 10 лет. Только в 1986 году Richard Gedye, Frank Smith, Kenneth Westaway и другие обнаружили, что органические реакции значительно ускоряются под действием микроволнового облучения. C того времени на рабочем столе химиков появился чудной предмет - domestic microwave oven, в просторечии - бытовая микроволновка. (и законная возможность жарить попкорн на рабочем месте) А если серьезно, то оказалось, что сей недорогой девайс позволяет невероятно, в десятки и сотни раз ускорить многие хорошо известные реакции. Реакция, которая при нагревании идет часы, в микроволновке заканчивается за минуты. Например, есть такие соединения - каликс[4]арены. Достаточно перспективные вещества - могут использоваться в различных детекторах (на тяжелые металлы), как комплексоны для очистки от них же и прочая и прочая. Да и просто красивые. Один из них - тиа[4]каликсарен. (Выбран он не из-за каких-то особых свойств, а просто потому, что под руку попался. Посмотрим на то, как его получали разные люди.
МетодT, °CВремяВыходНагрев210-2307-12 часов65-82%Микроволны2002 минуты96%.
Итак, классика - взяли, смешали, грели, даже жарили. 12 часов при 230° - это достаточно негуманно и в органике используется крайне редко. Но соединение крайне неприхотливое и выход нужного продукта был неплохой. Теперь достаем волшебную палочку засовываем реакционную смесь в микроволновую печь, еще domestic. Две минуты (!) Не 10 и не часов, минут. Ускорение в 200 раз минимум. И вещества получается побольше. Это, конечно, нечастое везение, обычно изменения не столь радикальны, но если повезет...
Рассказывать о методе можно много, по нему с десяток книг написано, но если интересно - то вопросы в комментариях. А сейчас расскажу об еще одной занятной методике. Как я уже говорил - бензин в микроволновке греть бесполезно. А вот металл, уголь и вообще проводящие вещества не просто греются, а за пару минут могут раскалиться до 500-1000°С. Ну и до кучи - платиновые металлы как в виде черни, так и на угле - хорошие катализаторы. А теперь мы берем гексан (он же бензин) или толуол и насыпаем туда немного палладия на угле. Что получается? В растворе у нас холодно, чуть выше комнатной температуры, а на границе с частицами угля - температура под несколько сот градусов. Сделать такую систему более привычными методами попросту нельзя.
Понятно было, что бытовая микроволновка - не самый лучший прибор для такой работы. Нынешная микроволновая печь для органического синтеза выглядит примерно так
А это - реакционный сосуд.
Стандартная пробирка, емкостью 10 мл. Рассчитана на рабочее давление до 30 атмосфер. Для сравнения - бытовой газовый баллон для кухонной плиты имеет рабочее давление 16 атмосфер.
Система в сборе, осталось установить сверху предохранительный клапан (Это та серая штука, которая похожа на эмблему Android) и можно запускать.
Это один из простейших приборов, более серьезные снабжаются массой дополнительных аксессуаров, вплоть до робота-податчика образцов.
В минимальной конфигурации эта печка стоит порядка 20 000$. Дополнительные аксессуары легко удвоят эту сумму. Не коллайдер, конечно, но тоже хорошо. Увы наука дорожает и то, что вчера было безумной экзотикой, завтра будет рабочим инструментом. А послезавтра - промышленным методом синтеза. Вот так выглядит микроволновая установка для полупромышленного органического синтеза
На сем я прекращаю дозволенные речи. Если кого-то заинтересовало - в комментариях отвечу на все вопросы/
[1]