El sonido es capaz de transformar unas sustancias en otras, ya que consideramos que una reacción química es una transformación.
Actúa como un tipo de catalizador, no interviene en la reacción, pero, aumenta la temperatura y la presión, acelerando así la velocidad de la reacción. Igual que actúan las enzimas en las reacciones que tienen lugar en nuestro interior.
El interés sobre la contaminación de cuerpos de agua con compuestos orgánicos, sobre todo por los vertidos, ha estimulado las actividades de investigación hacia el desarrollo de tecnologías de tratamiento para remover o limpiar estos contaminantes.
Muchos de estos avances tienen que ver con la tecnología ultrasónica
El ultrasonido provee una excelente forma de energía para la catalización de las reacciones químicas, y mucho más eficiente que las normalmente usadas (temperatura y luz).
Esta nueva herramienta se denomina Sonoquímica
Los sonidos son vibraciones que se propagan a través del aire, agua o sólidos.
La audición en los seres humanos, ocurre siempre que una vibración tenga una frecuencia comprendida entre unos 15 y 20.000 hercios, y su intensidad sea la suficiente para llegar al oído interno.
Cuando las vibraciones superan estos márgenes se habla de ultrasonido y no son perceptibles por el ser humano.
Las frecuencias superiores a los 18 Kilohertz son generalmente consideradas como ultrasónicas.
El origen del efecto químico del ultrasonido en los líquidos (efecto sonoquimico) es el fenómeno de Cavitación Acústica
El sonido se transporta a través de un líquido como una onda, con ciclos alternados de compresión y expansión. Si la onda de expansión es lo suficientemente poderosa, pueden generarse presiones negativas que traen como resultado que las moléculas empiecen a separarse formando “microburbujas” o cavidades (cavitación viene del latín cavus = cavidad).
Fig 1: Cavitación acustica: formación, crecimiento y colapso de la burbuja en un líquido irradiado con ultrasonido.
Las cavidades crecen acompañando los ciclos y dependiendo de la intensidad del sonido. Durante los ciclos de expansión, la presión negativa que se ejerce sobre las burbujas hace que en ellas se acumulen pequeñas cantidades de gases disueltos y vapor del solvente, y durante los de compresión, los diámetros de estas burbujas aumentan. Este proceso no es elástico, es decir, la energía ganada durante la expansión no se entrega totalmente durante la compresión.
Fig. 2: El líquido irradiado con ultrasonido produce burbujas. Estas burbujas oscilan, creciendo durante la fase de expansión de la onda de sonido, y comprimiendose en la fase contraria. Bajo estas condiciones las burbujas pueden colapsar violentamente, generando muy altas temperaturas y presión (cavitación).
Es por esto que las burbujas van aumentando su tamaño gradualmente durante los ciclos hasta llegar a un “tamaño crítico”, posteriormente las mismas colapsan violentamente, generando gran cantidad de energía.
Este colapso establece un ambiente inusual para las reacciones químicas. Los gases y vapores del interior de la cavidad son tan comprimidos que generan intenso calor y crean regiones llamadas “hot spots”, o puntos calientes, con presiones de 500 atm y temperaturas de hasta 5000°C. Si bien la temperatura de estos puntos es extraordinariamente alta, la región en sí es tan pequeña que el calor se disipa rápidamente.
Las primeras reacciones químicas en el líquido se dan a causa de estas extremas condiciones: las altas temperaturas y presiones generadas, proveen la energía de activación requerida para la fragmentación de las moléculas (rotura de enlaces) generando moléculas más pequeñas o radicales, los cuales pueden a su vez causar reacciones secundarias.
El ultrasonido es fuente de radicales, especialmente OH-, oxidante muy fuerte y no específico, el cual se escapa de la burbuja y reacciona rápidamente con los compuestos en solución.
Este colapso establece un ambiente inusual para las reacciones químicas. Los gases y vapores del interior de la cavidad son tan comprimidos que generan intenso calor y crean regiones llamadas “hot spots”, o puntos calientes, con presiones de 500 atm y temperaturas de hasta 5000°C. Si bien la temperatura de estos puntos es extraordinariamente alta, la región en sí es tan pequeña que el calor se disipa rápidamente.
Las primeras reacciones químicas en el líquido se dan a causa de estas extremas condiciones: las altas temperaturas y presiones generadas, proveen la energía de activación requerida para la fragmentación de las moléculas (rotura de enlaces) generando moléculas más pequeñas o radicales, los cuales pueden a su vez causar reacciones secundarias.
El ultrasonido es fuente de radicales, especialmente OH-, oxidante muy fuerte y no específico, el cual se escapa de la burbuja y reacciona rápidamente con los compuestos en solución.
Por lo tanto, y contra la opinión de algunos, el sonido es capaz de producir transformaciones en la materia.
© Moony
