Promieniowanie mikrofalowe

Chemia wymaga energii. Znakomita większość procesów chemicznych wymaga dla swojego przebiegu określonych jej dawek. Jej niedomiar utrudnia lub uniemożliwia przeprowadzenie wielu reakcji chemicznych. Jej nadmiar odpowiada zaś często za destrukcję reagentów, niekorzystnie zmienia ilość lub/i jakość produktów. Analiza chemiczna również w wielu aspektach skupia się na oddziaływaniu materii i energii. Stąd też od samego początku chemicy starają się opanować energetykę procesów i poszukiwać możliwości udoskonalenia sposobów dostarczania energii do środowiska reakcyjnego. Znane od końca dziewiętnastego stulecia promieniowanie mikrofalowe i jego oddziaływanie z materią zastosowano w celu przeprowadzenia reakcji chemicznej po raz pierwszy dopiero w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku, ale już dziesięć lat później zrewolucjonizowało ono syntezę chemiczną znacznie zwiększając możliwości chemików na tym polu.

Promieniowanie mikrofalowe jest rodzajem promieniowania elektromagnetycznego z zakresu 300MHz do 30GHz czyli długości fali 1- 0,01m. Jest to więc zaburzenie pól elektrycznego i magnetycznego rozchodzące się w przestrzeni prostopadle w stosunku do kierunku fali. Jako promieniowanie elektromagnetyczne podlega ono wszystkim prawom znanym dla na przykład promieniowania ultrafioletowego, podczerwonego i innych. Także zgodnie z tymi prawami energia transportowana poprzez ten rodzaj promieniowanie wynosi z równania E=h x n od około 0,12 do 12J/mol. W odróżnieniu od innych rodzajów fal elektromagnetycznych promieniowanie to powoduje tylko rotację molekuł w zmiennym polu elektrycznym bez naruszania trwałości wiązań chemicznych w nich istniejących (energia transportowana poprzez promieniowanie mikrofalowe jest znacznie mniejsza niż energia dysocjacji wiązania chemicznego, nawet tak słabego jak wiązanie wodorowe). Stosunkowo niewielka energia transportowana bezpośrednio przez promieniowanie mikroafolowe nie może więc być odpowiedzialna za efekty znacznego wzrostu temperatury niektórych znanych substancji. Oddziaływanie promieniowania mikrofalowego z materią przebiega jednak przede wszystkim ze względu na reorientacje cząstek materii obdarzonych ładunkiem bądź też będących układami biegunowymi w polu elektromagnetycznym o bardzo wysokiej częstotliwości. Pierwsze urządzenie potrafiące generować promieniowanie mikrofalowe skonstruowano w Anglii w czasie II wojny światowej jako część urządzeń radarowych do wykrywania ruchów wojsk niemieckich. Także wtedy stwierdzono znaczący wpływ tego rodzaju promieniowania na ogrzewanie substancji takich jak woda. Stosowanie promieniowania mikrofalowego dla użytku w gospodarstwach domowych i w celach komercyjnych rozpoczęto jednak dopiero w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku a rozwinięto na masową skalę w latach gwałtownego rozwoju przemysłu japońskiego w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych. Pierwsza publikacja na temat zastosowania promieniowania mikrofalowego w syntezie chemicznej pojawia się dopiero w roku 1975 a rozmachu nabiera w latach dziewięćdziesiątych XX wieku. Obecnie promieniowanie mikrofalowe znajduje szerokie zastosowanie w telekomunikacji, meteorologii, chemii oraz gospodarstwach domowych. Zastosowania militarne i telekomunikacyjne powodują jednak, ze względu na możliwość wystąpienia zakłóceń (zwłaszcza z radarami wojskowymi pracującymi w zakresie 1,2-30GHz, wydzielenie dla pozostałych zastosowań kilku dostępnych częstotliwości pracy urządzeń mikrofalowych. Najczęściej jest to częstotliwość 2,45GHz (l= 0,122m), chociaż ostatnio dopuszcza się do zastosowań przemysłowych urządzenia pracujące w zakresie 0,915- 18GHz.