Sonoquímica

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Ya hemos comentado otras veces que una reacción química implica una determinada energía de activación para romper los enlaces de los reactivos y que estos puedan dar lugar a los productos. Si la los productos son más estables (energéticamente hablando) que los reactivos, esta energía se devolverá y estaremos ante un proceso exotérmico de manera global. Lo contrario sería una reacción endotérmica. Pero, en cualquiera de los dos casos, siempre es necesario aportar cierta energía (la energía de activación) o activar los reactivos para que den la reacción. Normalmente esto se puede conseguir calentando, porque la temperatura está directamente relacionada con la energía de activación por medio de la ecuación de Arrhenius:

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Dentro de la Química Sostenible se buscan métodos alternativos de activar una reacción que no impliquen tanto gasto energético como el calentamiento convencional. Para ello, se utilizan la radiación microondas, los ultrasonidos o las reacciones en ausencia de disolvente, e incluso la fotoquímica.

Con mis prisas por participar en el XV Carnaval de Química, pasé directamente a hablar de las aplicaciones de los ultrasonidos en la medicina (y seguiremos hablando), sin hacer una pequeña introducción. Así que hoy, para empezar el XVI Carnaval voy a intentar explicar el fundamento de usarlos en química. En realidad, casi todo lo que trataremos está muy relacionado con la física. Para empezar, las ondas de ultrasonido no se corresponden con el espectro electromagnético que los químicos estamos acostumbrados a ver...

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Los ultrasonidos son ondas sonoras, que se caracterizan por su movimiento ondulatorio, diferenciándose de las ondas electromagnéticas en que no están cuantizadas, es decir, no hay una relación directa entre su energía y su velocidad. Se relacionan por la amplitud (A), según la ecuación típica de una onda: v= A· sin(w). Un equipo de ultrasonidos trabaja a 20 Khz-100KHz.

La propagación del sonido necesita un medio (en el vacío no hay sonido) ya sea líquido o gas, y se realiza por medio de una compresión-descompresión: es decir, las ondas de presión se propagan mediante el proceso conocido como rarefacción. La onda ultrasónica es capaz de romper las fuerzas de cohesión de un líquido (estas fuerzas son las que mantienen las moléculas del líquido cerca) generando microcavidades o microburbujas. Es lo que se conoce como el fenómeno de cavitación. Pero una vez que ha pasado la onda, el líquido tiende a restituir su forma provocando el colapso de las burbujas, y así restituyen las fuerzas de Van der Waals y los puentes de hidrógeno. Es decir, que el colapso cavitacional genera la energía suficiente como para romper enlaces químicos.

Se distingue entre la sonoquímica verdadera, que produce una reacción química, y la falsa, que provoca una mera agitación térmica. Cuando hay sonoquímica verdadera se produce la formación de intermedios radicalarios.

Referencias:

Apuntes de la asignatura "Métodos no convencionales" del máster de Química Sostenible, impartida por el profesor Pedro Cintas de la Universidad de Extremadura.

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Este post (aunque no entre dentro de lo propuesto por el organizador :) participa en la XVI Edición del Carnaval de Química, alojado por Dr. Litos en ¡Jindetrés, sal!