基本信息
- 项目名称：
- 微波对化学反应的非热效应探讨
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 有机合成技术与人类生活的联系十分紧密。小到日常起居，大到军工国防都离不开有机合成物的应用。但是某些重要的有机物应用传统的方法合成速度十分缓慢，产率也不高。将微波技术应用在合成中就可以解决这一问题。 但是长久以来人们对于微波加快化学反应速率的机理一直都不明确，只能通过经验对微波技术加以应用，缺乏理论指导。本文正是从理论的角度出发，提出了一种全新的微波作用机理，希望能够给此方面的研究人员开辟一条全新的道路。也希望我们不仅仅满足于对微波有机合成技术的工业化应用，而是更深一步地对其本质加以研究。人类不应该只对被冲上沙滩的漂亮贝壳爱不释手，却忽视了我们面前浩瀚广博的自然真理的海洋。
- 详细介绍：
- 有机合成技术与人类生活的联系十分紧密。小到日常起居，大到军工国防都离不开有机合成物的应用。但是某些重要的有机物应用传统的方法合成速度十分缓慢，产率也不高。将微波技术应用在合成中就可以解决这一问题。 本文正是对微波作用机理这一理论问题加以研究，文中对于微波的非热性影响的原理解释不同于以往的看法，在文中将提出一种微波对于减弱局部电子云密度作用的假说，研究过程中通过一系列实验逐步证明假说，以往的对于微波对化学反应的非热性影响的原因的理论，往往关注于微波是否能够提供足够的能量使电子跃迁，增大分子的能量。而本文中提出了一种新的解释问题的角度：微波能够影响原子间电子云的密度，从而使带正电的原子核相互排斥，使键长增长，键能下降，最终使反应速度加快。单从物理学的角度出发，文中提出的纠结态微波子作用效应就值得研究,在现有文献中未见有此思路的。日后如果在此领域深入研究论证将会对基础理论化学产生重大影响。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 对微波能够加快化学反应这一事实，丛非热性影响的角度出发，提出一种合理的不同以往的假说，首先阐述微波对电子云密度的影响，由此推导出原子之间键能减弱的原因，从而说明微波加快化学反应的非热性影响的原因。
科学性、先进性及独特之处
- 通过一系列实验逐步证明假说，以往的对于微波对化学反应的非热性影响的原因的假说，往往关注于微波是否能够提供足够的能量使电子跃迁，增大分子的能量。而我的论文中提出了一种新的解释问题的角度：微波能够影响原子间电子云的密度，从而使带正电的原子核相互排斥，使键长增长，键能下降，最终使反应速度加快。
应用价值和现实意义
- 可以用来有效解释在微波的作用下，化学反应速度大大增加这一事实，从而预测能够用微波催化的反应，大大降低工业生产的时间，提高产率。将微波应用于化工生产，对提高我国的综合国力有着不可估量的影响。
学术论文摘要
- 化学作为一门中心科学在现代社会中起着不可替代的作用，尤其是有机合成化学与人类的日常生活联系更是紧密。工业化大规模地快速生产化工制品已经成为必然趋势。但由于各种原因一些重要的化工制品生产相当缓慢，近年来经过各国化学家的不懈努力已经将微波技术成功运用于有机合成领域，使化学反应的速率大大增加，可是目前科学界对于微波的作用机理尚不明确，在热效应与非热效应之间存在很大的争论。 本文正是对微波作用机理这一理论问题加以研究，文中对于微波的非热性影响的原理解释不同于以往的看法，在文中将提出一种微波对于减弱局部电子云密度作用的假说，研究过程中通过一系列实验逐步证明假说，以往的对于微波对化学反应的非热性影响的原因的理论，往往关注于微波是否能够提供足够的能量使电子跃迁，增大分子的能量。而本文中提出了一种新的解释问题的角度：微波能够影响原子间电子云的密度，从而使带正电的原子核相互排斥，使键长增长，键能下降，最终使反应速度加快。单从物理学的角度出发，文中提出的纠结态微波子作用效应就值得研究,在现有文献中未见有此思路的。日后如果在此领域深入研究论证将会对基础理论化学产生重大影响。
获奖情况
- 2009年6月获得第五届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛自然科学类论文一等奖。
鉴定结果
参考文献
- < Zhao Yuying;Mai Liang （Inner Mongolia National Teachers' College;Tonglaio;028043）> <苏跃增 孙晓娟 刘萍关于微波化学反应机理的探讨(江苏石油化工学院化工系 常州 213016)> <王立中,卞小琴,对甲苯磺酸催化微波合成乙酰水杨酸的研究(泰州职业技术学院)，江苏泰州225300 > <B.Dayal,K.R.Rapole,Synlett,1995.861> <黄卡玛,杨晓庆, 微波加快化学反应中非热效应研究的新进展,2005>
同类课题研究水平概述
- 微波作用于反应的本质原理问题作为基础研究将仍是微波化学工作者研究的热点和重点 可以预计，在未来的一段时间内，这方面的研究将更加广泛地开展现在微波在化学中的应用非常广泛，几乎覆盖了化学的所有领域，但不可否认的是这些研究除了如酯化反应等极少数反应外，绝大多数还处于实验室研究阶段，如何将微波技术应用植入到实际工业生产中去，或者说是将微波化学反应量扩大的问题已经是一个十分重要和必要的课题. 科学界部分科学家认为微波加热还具有特殊效应。他们的解释 总结起来大概有以下几点； (1)微波的存在会活化反应物分子，使反应的诱导期缩短。 (2)微波场的存在会对分子运动造成取向效应，使反应物分子在连心线上分运动相对加强，造成有效碰撞频率增加，反应速率加快。微波量子物 理学告诉我们，微波可引起分子转动进入亚稳态，从而活化分子，使反应更容易进行 。 (3)黄卡玛等认为是电磁场的作用使反应的指前因子和反应活化能同时增加，从Arrhenius公式可知，这二者的增加是相互矛盾的，如指前因 子增加的作用大于活化能增加的作用，微波就会加快反应进行；反之则减缓反应。
