Sonoquímica

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Sonoquímica é um método de síntese que permite preparar uma grande variedade de materiais, inclusive nanoestruturados, a partir da radiação do ultrassom. As ondas ultrassônicas situam-se no espectro sonoro em freqüências maiores do que aquelas que o ouvido humano pode detectar, ou seja, acima de 20KHz.

Por serem ondas mecânicas as ondas ultrassonicas podem ser transmitidas através de qualquer substancia sólida, líquida ou gasosa; onde a fonte de som transmite seu movimento de vibração às moléculas do meio e essas, sucessivamente, transmitem seu movimento às partículas adjacentes antes de voltar à posição média original, gerando assim ciclos de compressão (aproximação das moléculas) e expansão (afastamento das moléculas).[1]

Na síntese sonoquímica, as reações químicas e mudanças físicas das partículas não são resultados da interação direta entre as ondas sonoras e o produto em bulk, pois as mesmas possuem comprimento de onda muito maior (0,01 a 10 cm) do que as distâncias interplanares que se encontram na faixa de alguns angstrom (Å). As reações químicas que ocorrem durante a irradiação são devidas principalmente ao efeito da cavitação acústica que consiste na formação, crescimento e implosão de bolhas em pontos localizados; aumentando a temperatura no líquido em torno de 5000°C e levando a pressões de cerca de 1000 atm, tendo as bolhas formadas um tempo de vida de alguns microsegundos.[2]

O estágio que conduz o crescimento das bolhas de cavitação ocorre devido à difusão de vapor do soluto no volume dessas bolhas que foram geradas pelo movimento vibratório das ondas. Após o crescimento, que vai depender do líquido e da freqüência das ondas, elas atingem o estágio final, onde então colapsam provocando a quebra das ligações químicas.[3] . Esse fenômeno é explicado pela teoria hot spot que ocorre quando a bolha alcança um tamanho de valor critico, a 20 kHz de freqüência, por exemplo, o tamanho da bolha é cerca de 170 micrômetros.

Essas condições extremas produzidas podem conduzir a reações químicas como oxidação, redução, dissolução e decomposição, bem como geração de novos produtos, como, por exemplo, a produção de nitrito, nitrato e de peróxido de hidrogênio quando água pura é exposta a irradiação.

Já as mudanças nas características físicas dos materiais dispersos na solução sonicada, são resultantes do choque entre as partículas, promovendo a diminuição dessas, razão pela qual essa técnica vem atraindo grande interesse tecnológico, já que permite a geração de nanopartículas. Também, devido a altas temperaturas atingidas durante a cavitação acústica, na ordem de 5000°C em pontos localizados, é possível que ocorra a sinterização de partículas caso essas sejam metálicas.


Aplicações

Uma das grandes aplicações do ultrassom na área de materiais é na síntese de partículas nanoestruturadas. Numerosos trabalhos vêm sendo publicados mostrando as vantagens da técnica sonoquímica em relação a outros métodos de síntese, como: maior uniformização na distribuição de tamanho de partículas; alta área superficial; possibilidade de obtenção de diversas morfologias como nanoesferas, nanobastões, nanodiscos, nonofios entre outras; e principalmente em relação ao tempo de sintetização das amostras. Essas vantagens são resultado das condições únicas alcançadas durante o fenômeno da cavitação acústica gerada durante o processo da sonicação.

Referências

  1. Lorimer, 1987, Sonochemistry Part 1-The Physical Aspects, Chemical Society Reviews., Vol. 16, p. 239-274
  2. Suslick, 1989, The Chemical Effects of Ultrasound, Scientific American, p. 80-86
  3. Gedanken, 2004, Using sonochemistry for the fabrication of nanomaterials, Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 11, p. 47-55


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