سونوشيمی ( Sonochemistry )

در شيمي مطالعه سونوشيمي ( sonochemistry ) به درک اثرات امواج صوتي ( sonic waves ) و خواص موج بر سيستمهاي شيميايي مربوط مي شود. اثرات شيميايي فراصوت ( ultrasound ) از اثر مستقيم با گونه هاي مولکولي بدست نمي آيد. مطالعات نشان داده است که هيچ برهمکنش مستقيمي بين ميدان صوتي و گونه هاي شيميايي در سطح مولکولي براي سونوشيمي يا سونولومينسانس گزارش نشده است. در عوض سونوشيمي از حفره سازي صوتي: تشکيل، رشد و فروپاشي انفجاري حباب ها در محلول استفاده مي کند. اين مساله در پديده هايي مثل فراصوت، اعمال امواج صوتي، سونولومينسانس و حفره سازي صوتي مشاهده مي شود.


تاثير امواج صوتي که از طريق مايعات منتقل مي شوند، اولين بار توسط ويليام وود و آلفرد لي لوميس در سال 1927 گزارش شد اما آن مقاله بي توجه رها شد. در دهه 1980 با ظهور توليد کننده هاي با شدت بالاي فراصوت که هم ارزان و هم قابل اطمينان بودند سونوشيمي دستخوش يک تحول اساسي شد.

شمایی از حرکت اموج صوت در محیط یک مایع در شکل زیر نشان داده شده است.


بر اثر پرتودهي با موج صوتي با شدت بالا يا فراصوت (محدوده MHz 10-KHz 20)، معمولا حفره سازي صوتي صورت مي گيرد. حفره سازي (شکل گيري، رشد و فروپاشي انفجاري حباب هاي تابش داده شده با موج صوتي) نيروي محرک براي سونوشيمي و سونولومينسانس مي باشد . تخريب حباب در مايعات مقدار عظيمي انرژي از تبديل انرژي جنبشي حرکتي مايع به گرمايش محتويات حباب توليد مي کند. به هم فشرده شدن حباب ها در طول حفره سازي که نقطه داغ محلي کوتاه مدتي را توليد مي کند سريع تر از انتقال حرارتي است. نتايج آزمايشگاهي نشان داده اند که اين حباب ها دمايي حدود ˚K 5000، فشاري تقريبا برابر با atm 1000-500 و سرعت گرم و سرد شدني بالاتر از K/s 10¹⁰ دارند. اين حفره سازي مي تواند يک شرايط فيزيکي و شيميايي بينهايت را در مايعات سرد توليد کند.
در مايعاتي که حاوي مواد جامد هستند ممکن است يک چنين پديده اي با پرتودهي فراصوت رخ دهد. هنگام وقع حفره سازي نزديک سطح جامد، فروپاشي حفره غير کروي است و با سرعت بالا مانند فواره مايع را به سطح مي برد. اين فوران ها و موجهاي شوکي که همراه آنها هستند مي توانند سطحي که هم اکنون بسيار گرم شده است را تخريب کنند. تعليق جامد-مايع سبب به هم خوردن ذرات با سرعت زياد مي شود که اين برخوردها مي توانند مورفولوژي سطح، نسبت اجزاء تشکيل دهنده و فعاليت را تغيير دهند .
سه نوع واکنش سونوشيمي وجود دارد:
1) سونوشيمي همگن مايعات
2) سونوشيمي ناهمگن سيستمهاي مايع-مايع يا جامد-مايع
3) سونوکاتاليست که همپوشاني با موارد قبلي است.
سونولومينسانس نوعا به عنوان يک مورد خاص از سونوشيمي همگن به حساب مي آيد .

فرایند سونوشیمی
در فرایند سونوشیمی با استفاده از امواج صوت میلیون ها حفره را در داخل محیط حلال ایجاد می شود و که توسط آن واکنش ها  تشدید می شود.
انرژی صوت باعث ایجاد شکافت بین ذرات مایع حلال می شود که منجر به ایجاد حفره می گردد این حفره ها شرایط دمایی و فشاری مناسبی را برای واکنش فراهم می کنند.
مکانیسم عمل امواج فراصوت در ایجاد حفره به این صورت است که  امواج فراصوت از سیکل های انقباضی و انبساطی تشکیل می شود.سیکل های انقباضی منجر به افزایش فشار می گردد و سیکل های انبساطی موجب کاهش فشار می شود.
افزایش دما موجب افزایش قدرت انفجار می گردد که به عوامل زیر وابسته است:
1.    فرکانس صوت
2.    شدت صوت
3.    دمای محیط
4.    نوع حلال
5.     فشار ثابت



برخی از کاربرد های امواج فراصوت و سونوشیمی
- تخمین حجم ماده باقی مانده در یک ظرف واکنش ( اندازه گیری دقیق فاصله )
- کنترل پیشرفت یک واکنش ( کنترل میزان تبدیل ماده اولیه به محصول از روی تغییر سرعت صوت )
- کنترل ترکیب یک محصول در کنترل کیفیت
- ساختن اشیاء ترموپلاستیک
- تمیز سازی قطعات مهندسی، دستگاه های پزشکی و جواهر در محیط آبی برش و سوراخ کردن دقیق تمام اشکال ماده از سرامیک گرفته تا فرآورده های غذایی
- انحلال لخته های خونی، شیمی درمانی پیشرفته
- پخش یک رنگ و یا جامد در یک محیط مایع، کریستالیزاسیون، فیلتراسیون، خشک کردن، گاز زدایی،کف زدایی، همگن سازی، امولسیون سازی، انحلال، جلوگیری از تجمع و استخراج
- الکتروشیمی ، حفاظت محیط زیست ، کاتالیست ، سنتز ملایم و بی خطر
و ...



کاربردهای آینده سونوشیمی
کاربردهای آینده فراصوت در واکنشهای شیمیایی بسیار متنوع خواهد بود، در تولید مواد دارویی نیز، امواج فراصوت به نتایج مطلوب تری نسبت به روش های مرسوم دست یافته اند. بشترین پیشرفت ها درعلم سونوشیمی ممکن است در تولید مواد جدیدی باشد که خصوصیات غیر معمولی دارند.
برای مثال دماها و فشارهای فوق العاده زیاد به وجود آمده ، در طی تشکیل حفره ممکن است به تولید مواد نسوز و حتی الماس منجر شود.