О неслышимых звуках - страница 22
Химик скажет, что произошло окисление, в результате которого выделился иод. Действительно, то же самое можно наблюдать, если добавить к раствору иодистого калия перекись водорода или другое вещество, способное вызывать окисление.
Окислительное действие ультразвука не ограничивается разложением только иодистого калия.
Если озвучивать растворы органических красителей, таких, например, как конго красное или метилвиолет, то они обесцвечиваются точно так же, как от добавки к ним какого-либо энергичного химического окислителя.
Изучение химических превращений, происходящих под действием ультразвука, привело к довольно неожиданному открытию: оказалось, что ультразвук не только вызывает окисление различных химических соединений, но в некоторых случаях оказывает и прямо противоположное действие, то есть приводит к восстановлению некоторых веществ.
Так, например, раствор сулемы при озвучивании быстро мутнеет. Помутнение вызвано восстановлением сулемы, в результате которого образуется плохо растворимое соединение — каломель, выпадающее в виде осадка.
Подействовав каким-либо химическим окислителем, мы можем заставить осадок раствориться, снова превратив образовавшуюся каломель в сулему.
Это доказывает, что под действием ультразвука действительно произошло химическое превращение, обратное окислению, — восстановление.
Что же является причиной химических изменений, происходящих под действием ультразвука?
Разрежения, возникающие в мощной ультразвуковой волне, как мы уже говорили, могут быть настолько велики, что жидкость не выдержит и разорвется, образуя множество микроскопических пузырьков. Возникает кавитация.
Внутри возникших при кавитации пузырьков, помимо паров воды и воздуха, находятся также мельчайшие капельки воды, которые отрываются от ее поверхности в момент разрыва.
Целый ряд наблюдений говорит о том, что стенки кавитационного пузырька и капельки, находящиеся внутри него, заряжены разноименным электричеством. При сжатии пузырьков их размеры резко уменьшаются и заряды оказываются расположенными на пузырьках очень малых размеров. В результате этого электрическое напряжение сильно возрастает. Между стенками кавитационных пузырьков и капельками, находящимися внутри них, происходят электрические разряды, напоминающие микроскопические молнии (рис. 26).
Эти электрические разряды и являются одной из главных причин химического действия ультразвука.
Способность электрического разряда вызывать химические превращения можно наблюдать и в обыденной жизни. Так, во время грозы в воздухе обычно возникает своеобразный запах, который объясняется присутствием особого газа — озона, образовавшегося под действием электрического разряда молнии.
Электрические разряды, происходящие в кавитационных пузырьках, вызывают сложные химические превращения.
Молекула воды, представляющая собой соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода, распадается на атом водорода и так называемый гидроксильный радикал, состоящий из одного атома кислорода и одного атома водорода.
Если молекула воды химически малоактивна, то атом водорода и гидроксильный радикал чрезвычайно активно вступают в химические реакции. Именно поэтому и происходит выделение свободного иода из раствора иодистого калия, а также образование каломели из раствора сулемы.
Кроме того, вода обычно содержит большое количество растворенных газов, главным образом кислорода и азота. Налейте в стакан из крана холодной воды, дайте ей постоять в теплой комнате, и вы увидите, что, как только вода согреется, стенки стакана покроются пузырьками выделившегося из воды газа.
Под действием электрического разряда, происходящего в кавитационных пузырьках, молекулы этих газов переходят в особое «активное» состояние и энергично вступают в различные химические реакции.
В результате взаимодействия активных молекул растворенных в воде газов и частиц, образовавшихся при распаде молекул воды, возникает ряд новых химических соединений. Хотя количества вновь возникших веществ очень невелики, химики все же сумели определить их состав. Наиболее важными из них являются перекись водорода и азотная кислота.