L'utilité des micro-ondes dans le domaine chimique

1989/11/01 Hernandez Ruiz de Olano, Ricardo Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Expressions sur micro-ondes

Les micro-ondes sont nocives. Ce proverbe est bien connu, car à plusieurs reprises nous avons entendu parler des effets nocifs des micro-ondes. Bien que cette façon de penser soit très répandue, elle n'est pas correcte, ou du moins à prouver ; on dit souvent qu'elle cause des dommages génétiques à l'ADN, provoque la cécité, etc. Pour analyser les effets possibles sur l’ADN, deux groupes de chercheurs ont été formés, l’un à l’Université d’Uppsala en Suède et l’autre au King’s College de Londres. Les deux ont étudié l'absorption micro-ondes de l'ADN dans une gamme de fréquences de 1000 à 10000 mégahertz et n'ont trouvé aucun indice d'absorption. Le résultat de ces recherches est que les micro-ondes ne causent pas de dommages génétiques. Il a été démontré que certaines maladies qui ont été créées (ou du moins créées) par micro-ondes ne sont pas vraiment causées par eux.

Cependant, les micro-ondes sont très inconnus, de sorte que vous ne pouvez pas dire qu'ils sont absolument bénéfiques ou nuisibles. C'est pourquoi il faut étudier plus en profondeur.

Théories sur le comportement du micro-ondes

Dans des laboratoires comme celui-ci, les micro-ondes pourraient devenir habituelles. Mais pas pour chauffer le déjeuner.

Nous avons tous vu que dans les cafétérias le serveur introduit le “croissant” dans un petit four et qu’après une minute il dégage de la chaleur. Ce petit four est normalement un micro-ondes, le plus confortable pour eux pour leur rapidité et leur propreté.

Nous savons que si les aliments y entrent, les micro-ondes sont chauffés, mais nous ne savons pas en quoi consiste cet effet.

Jusqu'à présent, les scientifiques ont cru que les micro-ondes ne chauffaient que de l'eau et que le réchauffement des aliments était dû au réchauffement de l'eau; la composante principale des aliments est l'eau. La base de cette croyance est que les micro-ondes accélèrent le mouvement de rotation de l'eau. L'accélération du mouvement augmente l'énergie de rotation et lorsque les molécules avec une énergie cinétique très élevée se heurtent aux autres, elles déchargent cette énergie excédentaire en augmentant l'énergie thermique de l'environnement. Ce raisonnement explique l'augmentation de la température ambiante.

Certaines réactions chimiques de grand intérêt chimique ne contiennent pas de molécules d'eau dans leurs composants. Cela explique pourquoi les produits chimiques ont été si lents pour commencer à utiliser un micro-ondes.

La première utilisation de micro-ondes dans les laboratoires chimiques consistait en le séchage de certains composés, qui provoquaient l'évaporation de l'eau et l'obtention d'un composé purifié.

Richard Gedye, professeur à l'Université Laurentian d'Ontario, a commencé en 1988 à étudier l'utilité des micro-ondes pour accélérer les réactions chimiques.

Gedy et son équipe de chercheurs ont employé des récipients hermétiques en téflon pour réaliser des réactions organiques.

Les résultats obtenus après l'entrée et l'allumage dans le four ont été très positifs, car le rendement était très élevé même si à l'intérieur du four il y avait seulement une minute.

Dans certaines réactions, cette méthode de chauffage permettait d'atteindre des vitesses de réaction bien supérieures à celles du réchauffement conventionnel.

La réaction la plus rapide a été la réaction d'obtention du cyanoffenil benzo éther. Il faut généralement 12 heures pour atteindre 65% du rendement maximal possible, et cette équipe de chercheurs, utilisant un micro-ondes pour chauffer, a obtenu le même résultat en 35 secondes.

Polarité

R.Gey de ses compagnons accélèrent 1.200 fois quelques réactions chimiques.

Pourquoi accélérer les réactions ? D'autres expériences ont été faites pour répondre à cette question. Ils ont pris quelques solvants et mesuré le changement au micro-ondes après une minute. Ils ont observé que la température de l'eau, des alcools et des solvants similaires augmentait drastiquement, mais que dans d'autres solvants comme la paraffine la température ne montait pas beaucoup.

Ce groupe de chercheurs a conclu que la puissance calorifique des micro-ondes était dans la polarité du liquide. Mais avant d'expliquer cet effet, nous devons expliquer ce qu'est la polarité.

Supposons que nous ayons deux atomes de chlore, par exemple. Si ces deux atomes forment un lien, il sera totalement covalent (ce sont les mêmes atomes). Pensons que nous avons un atome de sodium et un atome de chlore. La relation entre les deux atomes est purement ionique, car ils présentent électronegativité très différente. Les cas intermédiaires ne sont pas parfaits covalents, ni ioniques parfaits, mais covalents polaires. Dans ces liaisons la distribution de la charge électrique n'est pas homogène, puisque autour de l'atome le plus électronégatif la densité de la charge électrique est plus grande que dans l'autre. Cela constitue un dipôle électrique.

Pour former le composé polaire, il ne suffit pas d'avoir des liens covalents polaires. Il est nécessaire de ne pas éliminer les effets de tous les dipoles électriques. Par exemple, le chlorure de carbone (IV) a une formule chimique du type Cl4C. Tous les liens sont covalents polaires, mais la structure spatiale de ce composé est tétraèdre, et les effets de tous les dipoles sont détruits. Il en va de même pour le CO2, qui est quatre et les dipoles dirigés aux atomes d'oxygène sont détruits.

Influence des micro-ondes

Si dans un milieu nous avons un composé polaire, nous avons un dipôle qui peut être orienté par un champ électrique. Gedy et son équipe expliquent dans leurs travaux que la puissance calorifique des micro-ondes est le même effet. Gedy affirme que les dipoles des molécules polaires de liquide sont orientées par l'action du champ électrique qui comportent les radiations électromagnétiques (micro-ondes), et que lorsque les molécules se détendent pour revenir à leur état initial, leurs mouvements sont extraits de leur état stable produisant de la chaleur.

Depuis la publication des œuvres de Gedy, de nombreuses recherches ont été effectuées en utilisant un micro-ondes. À l'université de St. Louis, un groupe de chercheurs a utilisé un micro-ondes pour synthétiser des médicaments à courte durée de vie. Ces médicaments sont radiomédiculaires et ont une grande importance dans la guérison actuelle, car ils servent à étudier l'évolution de certaines maladies ou permettent de détecter l'incidence de certains médicaments. Un composant des radiomédicaments est une substance radioactive, de sorte que votre vie est très courte. C'est pourquoi il est si important de synthétiser cette substance au moment nécessaire. Le groupe mentionné ci-dessus a obtenu une meilleure performance de l'utilisation de micro-ondes et moins de temps.

L'accélération des vitesses de réaction est basée sur deux effets. Utilisation de solvants polaires, avec une augmentation de la température. D'autre part, des récipients hermétiques sont utilisés. Par conséquent, lorsque le solvant atteint sa température d'ébullition, il ne s'évapore pas comme lorsque d'autres méthodes de chauffage sont utilisées. Par conséquent, le milieu de réaction restera à une température plus élevée, avec une vitesse de réaction plus élevée.

Autres utilisations

Méthode de traitement des déchets radioactifs par micro-ondes.

Les micro-ondes ne doivent pas se limiter uniquement au chauffage des substances organiques. Ils peuvent être utilisés pour d'autres choses avec de bonnes conséquences. À l'université d'Oxford, Mike Mingo utilisait des micro-ondes pour sécher des oxydes organiques. C'est surprenant parce que les oxydes métalliques sans eau ne contiennent pas de molécules polaires. Ces oxydes forment un réseau cristallin formé de cations métalliques et oxydes anioniques disposés symétriquement. Par conséquent, il ne devrait pas y avoir de dipôle.

Il existe des oxydes métalliques qui absorbent les micro-ondes et qui n'absorbent pas. L'explication de cette contradiction est très simple et consiste en l'absence de stéiométrie. Certains réseaux cristallins ne sont pas parfaits et le nombre d'anions ou de cations est plus élevé, ce qui provoque des distorsions dans le réseau; la distribution de la charge électrique n'est pas homogène, ce qui provoque la polarité. Les micro-ondes peuvent s'accorder avec cette polarité et le matériel est chauffé. L'augmentation de la température augmente la polarité et facilite l'absorption des micro-ondes.

Cette fusion d'oxydes métalliques peut être très importante dans la supraconductivité, car elle peut être réalisée dans des temps très courts en utilisant un micro-ondes.

Des études sont également en cours pour connaître les potentialités des micro-ondes et utiliser leurs avantages. Le laboratoire Harwell étudie une nouvelle méthode qui utilise un micro-ondes pour éliminer les déchets radioactifs depuis 1970. Cette procédure, la microbitrification, libère définitivement les résidus radioactifs. C'est une procédure en deux étapes. Dans la première, l'eau est éliminée et les nitrates de tous les produits générés dans les fissions nucléaires deviennent oxydes. Dans la seconde, les micro-ondes fondent les oxydes et les hersten dans un verre inerte de borosilicate.

Comme nous l'avons vu dans cet article, les micro-ondes peuvent être très utiles dans un proche avenir, car ils n'ont pas encore fait que commencer leurs recherches sérieuses. Nous ne croyons pas que c'est la panacée de tous les maux, mais ils peuvent être très utiles si elles sont utilisées avec modération.