CC BY
22
УДК 544.4
Богатов Н.А., Савина А.С., Болдырев В.С.
СОНОХИМИЧЕСКОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО -ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ РЕАКЦИИ ДИМЕРНОЙ ФОРМЫ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО
Богатов Никита Алексеевич, ассистент кафедры физики; e-mail: nikitabogatov@list.ru Савина Анастасия Сергеевна, ассистент кафедры физики;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Болдырев Вениамин Станиславович, к.т.н., доцент кафедры химии;
Московский государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия.
В данной статье представлены результаты влияния низкочастотных аксиальных колебаний на реакцию димерной формы метиленового синего с аскорбиновой кислотой. Приведены кинетические кривые сонохимического процесса. Ключевые слова: окислительно-восстановительные реакции, низкочастотные воздействия, звукохимические процессы, эффект ингибирования.
SONOCHEMICAL INHIBITION OF THE OXIDATIVE-REDUCTION REACTION OF THE DIMERIC FORM OF METHYLENE BLUE
Bogatov Nikita Alekseevich, Savina Anastasiya Sergeevna, Boldyrev Veniamin Stanislavovich* D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *Bauman Moscow State Technical University
This article presents the results of the influence of low-frequency axial vibrations on the dimeric form of methylene blue with ascorbic acid. The kinetic curves of the sonochemical process are presented. Keywords: redox reactions, low-frequency effects, sound chemical processes, inhibition effect.
До середины прошлого столетия низкочастотный аксиальные колебания не представляли особенного интереса в области химии и химической технологии. Это было обусловлено малой энергетической ёмкостью таких воздействий. Но в 80-е годы рядом отечественных коллективов было установлено, что в низкочастотных акустических полях могут происходить различные химические процессы, такие как: дегазация жидкостей, эмульгирование, диспергирование, очистка поверхности и др. [1]. В последнее десятилетие были получены новые экспериментальные результаты. В частности, был обнаружен эффект оптимальной частоты, при которой скорость химического превращения значительно увеличивается (в зависимости от типа реакции, константа скорости может меняться на порядок). Установлено, что в поле низкочастотных аксиальных воздействий, супрамолекулярные соединения - хелаты (исследования проводились над йод-поливинилпирролидон) и клатраты (исследования проводились над амилоидин и амилопектоиодин) -претерпевают диссоциацию. Этот процесс является необратимым, что принципиально отличает его от термического воздействия на амилоидин и амилопектоиодин. Это подтверждает идею, что, несмотря на возможность локального разогрева исследуемых растворов в поле низкочастотных воздействий, акустическое воздействие отличается от термического и является более сложным и многофакторным. Получены результаты, что колебания инфразвукового и начала звукового диапазона могут ускорять процесс гомогенизации как однофазной, так и двухфазной среды. А также, могут значительно ускорять процесс гомогенизации высоковязких веществ, что является одной из
сложностей современной химической
промышленности [2].
Представленная работа посвящена исследованию влияния низкочастотных аксиальных колебаний (5-30 Гц) на окислительно-восстановительную реакцию димерной формы тиазинового красителя метиленового синего с аскорбиновой кислотой. Экспериментальный стенд представляет собой линейный колебательный контур (спроектированный на основе низкочастотного динамика), на который посредством генератора сигналов (генератор сигналов специальной формы Г6-26) через усилитель (подающий напряжение 5 В на колебательный контур) подается возбуждение определенной частоты, амплитуды и формы сигнала, которое посредством фторопластового поршня вводится в исследуемую систему. Реактор, в котором происходит сонохимическое превращение,
представляет собой мерный цилиндр (плоскодонный) на 100 мл (который заполнен на 50 мл исследуемым раствором). Все характеристики установки, такие как добротность, резонансная частота, полоса пропускания и т.д. описаны достаточно подробно в работах [2,3]. Изменения в кинетике процесса деколоризации димерной формы метиленового синего с аскорбиновой кислотой определялись методом абсорбционной спектроскопии (спектрофотометр ПЭ-5400).
Фиксировалось изменение оптической плотности в течение 10 мин в растворах, подвергавшихся действию аксиальных колебаний, и в растворах, находившихся вне их действия. Спектр водного раствора метиленового синего (рис. 1) позволяет определить длины волн для мономерной (X = 665 нм), димерной (X = 615 нм) и тримерной (X = 500 нм) форм. Нами в других работах были определены кинетические параметры для мономерной формы красителя [4,5]. Поэтому наш интерес был
сфокусирован на исследовании димерной формы красителя и сопоставление результатов с ранее полученными экспериментальными данными для мономерной формы [5].
г
№
и _)
с I
»,6 /
<М
о.г '^¡Г' \
о --■—" ---
400 450 ДО 550 603 650 ?-И 7М 800™
Рис. 1 Спектр оптической плотности метиленового синего.
Экспериментально получены кинетические кривые звукохимического процесса для различных частот (в данной работе представлены результаты для 7 Гц (рис. 2)) и процесса перемешивания магнитной мешалкой (так же для 7 Гц (рис. 3)). Из полученных результатов можно сделать вывод, что несмотря на большую диффузионную составляющую в низкочастотных колебаниях, роль перемешивания не настолько велика и не является причиной эффекта ингибирования реакции. При этом, возможно, перемешивание может являться сопутствующим фактором, способствующим появлению этого эффекта. Отметим, что для мономерной формы были получены аналогичные результаты [5].
Ь я ' • ш ¡г
и -
М» » I I м 1 I I I I II II ■ I I I I I I I I I I I I I + Бег воздействия ■ 7 гц
Рис. 2 Влияние низкочастотных аксиальных колебаний (7 Гц) на кинетику процесса деколоризации димерной формы метиленового синего с аскорбиновой кислотой Как результат можно отметить, что в рассматриваемой реакции наблюдается своеобразный эффект ингибирования звукохимического процесса. При введении низкочастотных колебаний в растворе замедляются процессы восстановления димерной формы красителя метиленового синего. Необходимо учитывать, что не только аскорбиновая кислота может восстанавливать молекулу димерной формы метиленового синего. Тиазиновый краситель также может возвращать промежуточную
полуокисленную форму аскорбиновой кислоты -монодегидроаскорбиновую кислоту - обратно в
исходную форму.
I * * »
1И - ----------
( 1 Тч
я
V -
♦ &!S воздействий ■ Перемешивание
Рис. 3 Влияние перемешивания (7 ГЦ) на кинетику кинетику процесса деколоризации димерной формы
метиленового синего с аскорбиновой кислотой Представленные результаты показывают, что кинетика протекания окислительно-восстановительных систем может изменяться при воздействии низкочастотных колебаний. Экспериментально обнаружена окислительно-восстановительная система, состоящая из био-химически активных компонентов, в которой под действием внешнего низкочастотного аксиального воздействия процессы не ускоряются, а замедляются как для мономерной, так и для димерной формы. Установлено, что кинетические кривые при низкочастотном воздействии значительно отличаются от кинетической кривой реакции в отсутствии внешнего воздействия. Обнаружено отличие кинетических кривых при диффузионном и инфразвуковом воздействиях.
Список литературы
1. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. - М.: Химия. - 1986. - 288с.
2. Болдырев В.С. Действие низкочастотных колебаний на биохимически активные структуры: дис. ... канд. тех. наук. М., 2013. 118 с.
3. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Ермолаева В.И. Биологически активные клатраты амилоиодин и амилопектоиодин в поле низкочастотных акустических воздействий // Доклады академии наук. - 2012. - Т. 446. - № 4. - С. 446-470.
4. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Богатов Н.А., Николаев А.Л. Особенности окислительно-востановительного процесса в поле низкочастотного воздействия // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные Науки - 2020. -№1. - С.80-90
5. Богатов Н.А., Савина А.С. Особенности кинетики модельной реакции метиленового синего с аскорбиновой кислотой в поле низкочастотных воздействий // Тезисы VII Международная молодежная научная конференция, посвященная 100-летию Уральского федерального университета ФИЗИКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ ФТИ-2020. - 2020. - С. 489 - 490
