माइक्रोवेव रसायन शास्त्र

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माइक्रोवेव रसायन विज्ञान रासायनिक प्रतिक्रियाओं में माइक्रोवेव विकिरण प्रयुक्त करने का विज्ञान है।[1][2][3][4][5] माइक्रोवेव उच्च आवृत्ति वाले विद्युत क्षेत्र के रूप में कार्य करते हैं। और सामान्यतः मोबाइल विद्युत आवेश वाले किसी भी पदार्थ को गर्म करते हैं, जैसे विलायक में ध्रुवीय अणु या ठोस में संवाहक आयन ध्रुवीय विलायक गर्म हो जाते हैं। क्योंकि उनके अवयव अणु क्षेत्र के साथ घूमने के लिए विवश होते हैं। और टकराव में ऊर्जा खो देते हैं। अर्धचालक और संचालन प्रारूप गर्म हो जाते हैं। जब उनके अन्दर आयन या इलेक्ट्रॉन विद्युत प्रवाह बनाते हैं। और पदार्थ के विद्युत प्रतिरोध के कारण ऊर्जा खो जाती है। अतः 1986 में डाक्यूमेंट के पश्चात् प्रयोगशाला में माइक्रोवेव ऊष्मा को व्यापक स्वीकृति मिलनी प्रारंभ हुई थी,[6] चूँकि रासायनिक संशोधन में माइक्रोवेव ऊष्मा के उपयोग का पता 1950 के दशक से लगाया जा सकता है। चूँकि कभी-कभी इसे एमएपीएस (माइक्रोवेव-असिस्टेड ऑर्गेनिक सिंथेसिस) जैसे संक्षिप्त शब्दों से भी जाना जाता है,[7] एमईसी (माइक्रोवेव-संवर्धित रसायन विज्ञान) या अधिक संश्लेषण (माइक्रोवेव-कार्बनिक प्रतिक्रिया वृद्धि), इन संक्षिप्त शब्दों को कुछ समूहों के बाहर अधिक कम स्वीकृति मिली है।

ऊष्मा प्रभाव

इस प्रकार से पारंपरिक ऊष्मा में सामान्यतः फर्नेस या तेल स्नान का उपयोग सम्मिलित होता है, जो संवहन या संचालन द्वारा रिएक्टर की दीवारों को गर्म करता है। और प्रारूप के मूल भाग को लक्ष्य तापमान प्राप्त करने में अधिक समय लगता है, अतः उदाहरण के लिए सिरेमिक ईंटों के उच्च प्रारूप को गर्म करते समय उपयोग किया जाता है।

आंतरिक ऊष्मा स्रोत के रूप में कार्य करते हुए, माइक्रोवेव अवशोषण संपूर्ण फर्नेस या तेल स्नान को गर्म किए बिना लक्ष्य यौगिकों को गर्म करने में सक्षम है, जिससे समय और ऊर्जा की बचत होती है।[7] यह पर्याप्त रूप से पतली वस्तुओं को उनके पूरे आयतन में (इसकी बाहरी सतह के अतिरिक्त) गर्म करने में सक्षम है, सिद्धांत रूप में अधिक समान ऊष्मा उत्पन्न करता है। चूँकि, अधिकांश माइक्रोवेव ओवन के डिज़ाइन और गर्म की जा रही वस्तु द्वारा असमान अवशोषण के कारण, माइक्रोवेव क्षेत्र सामान्यतः गैर-समान होता है। और स्थानीयकृत अतिताप होती है। माइक्रोवेव वॉल्यूमेट्रिक ऊष्मा (एमवीएच) तीव्र, समान माइक्रोवेव क्षेत्र को प्रयुक्त करके असमान अवशोषण पर नियंत्रण पाता है।

भिन्न यौगिक भिन्न मात्रा में माइक्रोवेव विकिरण को गर्मी में परिवर्तित करते हैं। यह चयनात्मकता गर्म की जा रही वस्तु के कुछ भागो को दूसरों की तुलना में अधिक तेज़ी से या अधिक धीरे-धीरे गर्म करने की अनुमति देती है (विशेषकर प्रतिक्रिया वेसल)।

इस प्रकार से पारंपरिक ओवन की तुलना में माइक्रोवेव ऊष्मा के कुछ लाभ हो सकते हैं:

  • प्रतिक्रिया दर त्वरण
  • कम प्रतिक्रिया की स्थिति
  • उच्च रासायनिक उपज
  • ऊर्जा का कम उपयोग
  • विभिन्न प्रतिक्रिया चयनात्मकताएँ

माइक्रोवेव रसायन विज्ञान को कार्बनिक रसायन विज्ञान और अकार्बनिक रसायन विज्ञान के लिए प्रयुक्त किया जाता है [8] .[9][10][11][12][13][14]

चयनात्मक ऊष्मा

यदि अवयवों की हानि स्पर्शरेखा पर विचार किया जाए तो विषम प्रणाली (विभिन्न पदार्थों या विभिन्न चरणों से युक्त) एनिस्ट्रोपिक हो सकती है। परिणामस्वरूप, यह आशा की जा सकती है कि प्रणाली के विभिन्न भागो में माइक्रोवेव क्षेत्र की ऊर्जा भिन्न मात्रा में गर्मी में परिवर्तित हो जाएगी। इस अमानवीय ऊर्जा अपव्यय का कारण है कि पदार्थ के विभिन्न भागो का चयनात्मक ऊष्मा संभव है, और उनके मध्य तापमान में परिवर्तन हो सकता है। फिर भी, दूसरों की तुलना में अधिक तापमान वाले क्षेत्रों (जिन्हें हॉट स्पॉट कहा जाता है) की उपस्थिति को डोमेन के मध्य गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं के अधीन होना चाहिए। जहां प्रणाली डोमेन के मध्य ऊष्मा संचालन की दर अधिक होती है, वहां हॉट स्पॉट का कोई दीर्घकालिक अस्तित्व नहीं होगा क्योंकि अवयव तेजी से थर्मल संतुलन तक पहुंचते हैं। ऐसी प्रणाली में जहां गर्मी हस्तांतरण धीमा है, स्थिर अवस्था वाले गर्म स्थान की उपस्थिति संभव होगी जो उस गर्म क्षेत्र के अन्दर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बढ़ा सकती है।

इस आधार पर, माइक्रोवेव रसायन विज्ञान के विभिन्न प्रारंभिक वेसल ने अणुओं के अन्दर विशिष्ट अणुओं, या कार्यात्मक समूहों को उत्तेजित करने की संभावना व्यक्त की थी। चूँकि, जिस समय के अन्दर ऐसे अंशों से ऊष्माीय ऊर्जा का पुनर्विभाजन होता है, वह माइक्रोवेव तरंग की अवधि की तुलना में बहुत कम होता है, इस प्रकार सामान्य प्रयोगशाला स्थितियों के अनुसार ऐसे 'आणविक हॉट स्पॉट' की उपस्थिति को रोक दिया जाता है। इन लक्ष्य अणुओं में विकिरण द्वारा उत्पन्न दोलन आसन्न अणुओं के साथ टकराव द्वारा तुरंत स्थानांतरित हो जाएंगे, और उसी क्षण थर्मल संतुलन तक पहुंच जाएंगे। ठोस चरणों वाली प्रक्रियाएँ कुछ पृथक विधि से व्यवहार करती हैं। इस स्थिति में बहुत अधिक गर्मी हस्तांतरण प्रतिरोध सम्मिलित हैं, और हॉट-स्पॉट की स्थिर उपस्थिति की संभावना पर विचार किया जाना चाहिए। साहित्य में दो प्रकार के हॉट स्पॉट के मध्य अंतर को नोट किया गया है, चूँकि विभिन्न लोग इस अंतर को अनैतिक मानते हैं। मैक्रोस्कोपिक हॉट स्पॉट में सभी उच्च गैर-आइसोथर्मल वॉल्यूम सम्मिलित माने जाते थे जिन्हें ऑप्टिकल पाइरोमीटर (ऑप्टिकल फाइबर या आईआर) के उपयोग से पता लगाया और मापा जा सकता है। इन माध्यमों से माइक्रोवेव विकिरण के अनुसार ठोस चरणों के अन्दर थर्मल असमानताओं की कल्पना करना संभव है। सूक्ष्म हॉट स्पॉट गैर-आइसोथर्मल क्षेत्र हैं जो सूक्ष्म या नैनोस्केल (जैसे उत्प्रेरक गोली के अंदर समर्थित धातु नैनोकण) या आणविक मापदंड (उदाहरण के लिए उत्प्रेरक संरचना पर ध्रुवीय समूह) में उपस्थित होते हैं। चूँकि, इस अंतर का कोई गंभीर महत्व नहीं है, क्योंकि विभिन्न गैस-चरण उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में उत्प्रेरक व्यवहार को समझाने के लिए प्रस्तावित सूक्ष्म हॉटस्पॉट को पोस्टमार्टम विधियों द्वारा प्रदर्शित किया गया है।[15] और इन-सीटू विधि [16] विषम उत्प्रेरकों में हॉट स्पॉट प्रभाव के स्पष्टीकरण की दिशा में कुछ सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक दृष्टिकोण प्रकाशित किए गए हैं।

सिंथेटिक रसायन विज्ञान में पृथक विशिष्ट अनुप्रयोग ध्रुवीय अणु विलायक और गैर-ध्रुवीय विलायक से युक्त द्विआधारी प्रणाली के माइक्रोवेव ऊष्मा में भिन्न तापमान प्राप्त होता है। चरण स्थानांतरण उत्प्रेरक में प्रयुक्त होने पर जल चरण 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक पहुंच जाता है जबकि क्लोरोफार्म चरण 50 डिग्री सेल्सियस का तापमान बनाए रखता है, जिससे एक चरण से दूसरे चरण में अभिकारकों का निष्कर्षण (रसायन विज्ञान) मिलता है। शुष्क मीडिया प्रतिक्रियाओं में माइक्रोवेव रसायन विशेष रूप से प्रभावी है।

माइक्रोवेव प्रभाव

माइक्रोवेव प्रभावों के दो सामान्य वर्ग हैं:

  • विशिष्ट माइक्रोवेव प्रभाव।
  • गैर-थर्मल माइक्रोवेव प्रभाव।

समीक्षा में यह परिभाषा प्रस्तावित की गई है। [17] और कार्बनिक रसायन विज्ञान में माइक्रोवेव प्रभावों के उदाहरणों को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है।[18] विशिष्ट माइक्रोवेव प्रभाव वे प्रभाव होते हैं। जिन्हें पारंपरिक ऊष्मा विधियों के माध्यम से (सरलता से) अनुकरण नहीं किया जा सकता है। उदाहरणों में सम्मिलित हैं: (i) विशिष्ट प्रतिक्रिया अवयवों का चयनात्मक ऊष्मा, (ii) तीव्र ऊष्मा दर और तापमान प्रवणता, (iii) दीवार प्रभावों का उन्मूलन, और (iv) सॉल्वैंट्स का सुपरऊष्मा। माइक्रोवेव-विशिष्ट प्रभाव विवादास्पद नहीं होते हैं और देखे गए प्रभावों के लिए पारंपरिक स्पष्टीकरण (अर्थात गतिज प्रभाव) का आह्वान करते हैं।[19]

माइक्रोवेव रसायन विज्ञान में असामान्य टिप्पणियों को समझाने के लिए गैर-थर्मल माइक्रोवेव प्रभाव प्रस्तावित किया गया है। जैसा कि नाम से पता चलता है, प्रभावों के लिए माइक्रोवेव ऊर्जा को थर्मल ऊर्जा में स्थानांतरित करने की आवश्यकता नहीं होती है। ऐसे प्रभाव विवादास्पद हैं.

उत्प्रेरण

समर्थित उत्प्रेरकों में धातुओं की उपस्थिति और ज्वलनशील सॉल्वैंट्स की उपस्थिति में इलेक्ट्रिक आर्क घटना की संभावना के कारण विषम उत्प्रेरण प्रतिक्रियाओं के लिए माइक्रोवेव ऊष्मा के अनुप्रयोग का गहनता से पता नहीं लगाया गया है। चूँकि, नैनोकण के आकार के धातु उत्प्रेरक का उपयोग करने से यह परिदृश्य असंभावित हो जाता है।[7]

संदर्भ

  1. ↑ "कार्बनिक संश्लेषण में माइक्रोवेव". Organic Chemistry Portal. Retrieved 23 October 2018.
  2. ↑ Microwaves in organic synthesis. Thermal and non-thermal microwave effects, Antonio de la Hoz, Angel Diaz-Ortiz, Andres Moreno, Chem. Soc. Rev., 2005, 164-178 doi:10.1039/b411438h
  3. ↑ Developments in Microwave-assisted Organic Chemistry. C. Strauss, R. Trainor. Aust. J. Chem., 48 1665 (1995).
  4. ↑ Dry media reactions M. Kidwai Pure Appl. Chem., Vol. 73, No. 1, pp. 147–151, 2001.[1]
  5. ↑ Microwaves in Organic and Medicinal Chemistry, 2nd, Completely Revised and Enlarged Edition, Wiley-VCH, Weinheim, 2012 http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-3527331859.html
  6. ↑ The use of microwave ovens for rapid organic synthesis Richard Gedye, Frank Smith, Kenneth Westaway, Humera Ali, Lorraine Baldisera, Lena Laberge and John Rousell Tetrahedron Letters Volume 27, Issue 3, 1986, Pages 279-282 doi:10.1016/S0040-4039(00)83996-9
  7. ↑ 7.0 7.1 7.2 Pizzetti, Marianna (May 2012). "माइक्रोवेव हीटिंग के तहत विषम उत्प्रेरण" (PDF). La Chimica & l'Industria. Società Chimica Italiana (4): 78–80.
  8. ↑ R.Cecilia, U.Kunz, T.Turek. "Possibilities of process intensification using microwaves applied to catalytic microreactors" Chem. Eng. Proc. Volume 46, Issue 9, Pages 870-881 (September 2007)
  9. ↑ Martín-Gil J, Martín-Gil FJ, José-Yacamán M, Carapia-Morales L and Falcón-Bárcenas T. "Microwave-assisted synthesis of hydrated sodium uranyl oxonium silicate". Polish J. Chem, 2005, 1399-1403.
  10. ↑ J. Prado-Gonjal, M.E. Villafuerte-Castrejón, L. Fuentes and E. Morán. "Microwave-hydrothermal synthesis of BiFeO3". "Mat.Res.Bull" 44 (2009) 1734-1737
  11. ↑ K.J.Rao, B.Vaidhyanathan, M.Ganduli, P.A.Ramakrishnan, Chem.Mater. 11, 1999, 882
  12. ↑ J.Zhao, W.Yan, Modern Inorganic Synthetic Chemistry, Chapter 8 (2011) 173
  13. ↑ R.K.Sahu, M.L.Rao, S.S.Manoharan, Journal of Materials Science 36 (2001) 4099
  14. ↑ D.M.P.Mingos, D.Baghurst, Chem.Soc.Rev 20 (1991) 1
  15. ↑ Zhang, X., Hayward, D.O., Lee, C. and Mingos, D.M.P. (2001) Microwave assisted catalytic reduction of sulfur dioxide with methane over MoS2 catalysts. Applied Catalysis B: Environmental, 33, (2), 137-148
  16. ↑ http://www.isis.rl.ac.uk/isis2005/reports/15301.PDF[permanent dead link]
  17. ↑ Kappe, C. O. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 6250-6285.
  18. ↑ De la Hoz, A.; Diaz-Ortiz, A.; Moreno, A. Chem. Soc. Rev. 2005, 164-178.
  19. ↑ "औद्योगिक माइक्रोवेव के पीछे का विज्ञान". Massalfa. 23 October 2018.


बाहरी संबंध

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