1.2. Химические превращения под действием высоких давлений в сочетании с деформацией сдвига

Особое место занимают химические реакции, вызванные совместным действием высокого давления и деформации сдвига [3-5]. Интерес к таким процессам обусловлен следующими причинами. Во-первых, эти условия реализуются во многих сложных процессах (процессах трения в подшипниках, процессах диспергирования, размола, вальцевания, процессах под действием ультразвука и ударных волн). Во-вторых, простота аппаратурного оформления и возможность значительного ускорения фазовых и химических превращений делает применение высокого давления в сочетании с деформацией сдвига перспективным в синтезах новых материалов и различных плотных модификаций неорганических веществ, например, таких как нитрид бора. В-третьих, было установлено, что при совместном действии давления и деформации сдвига удается осуществлять полимеризацию веществ, которые почти или совсем не полимеризуются при обычных условиях.

Для создания высокого давления в сочетании с деформацией сдвига используют так называемые наковальни Бриджмена, в которых таблетки из обрабатываемого материала сдавливают между наковальнями с одновременным поворотом наковален относительно друг друга. Во многих случаях такое воздействие приводит к резкому увеличению скорости реакции, вплоть до взрыва. При взрыве механическая энергия, накопленная в веществе, непосредственно переходит в химическую. Глубина реакции зависит от величины деформации сдвига (угла поворота наковален) и давления (для каждого вещества существует некоторое критическое давление, выше которого оно теряет свою механическую устойчивость), а также от геометрических размеров образца, и мало зависит от  температуры. Исследования показали, что на наковальнях Бриджмена практически в изотермических условиях протекают эндотермические процессы, такие как образование новой поверхности (диспергирование), разложение кристаллогидратов солей на воду и соль, восстановление солей и оксидов до металла и т.п. Например, при сочетании давления порядка десятков ГПа с деформацией сдвига с взрывом протекает реакция взаимодействия карбоновых кислот с щелочью; выход соли составляет 75%.

Все работы в области использования высокого давления в сочетании с деформацией сдвига для превращения неорганических веществ можно разделить на три группы:

- исследование полиморфных превращений (действие деформации сдвига снижает температуру фазовых переходов на 100-2000С);

- изучение простейших химических реакций: реакций разложения окислов металлов и синтеза химических соединений из простых веществ (синтезированы сульфиды никеля, кобальта, железа, меди, фосфиды магния и цинка);

- синтез минералов и превращения сложных неорганических веществ.

Высокое давление в сочетании с деформацией сдвига вызывает также фазовые переходы у органических веществ, а также оказывает сильное влияние на химические превращения органических веществ. Характер такого воздействия  на вещество по своей сложности и многообразию в ряде случаев напоминает действие проникающего излучения.

К настоящему времени известно около сотни веществ, полимеризующихся в условиях высокого давления в сочетании с деформацией сдвига. Это ненасыщенные углеводороды, акрилаты, мальимиды, хиноны, нитрилы, ароматические углеводороды и др.  Некоторые из этих веществ полимеризуются легко, другие только в жестких условиях, а некоторые в обычных условиях вообще не способны образовывать полимеры. Так, бензол не вступает в реакцию полимеризации. Однако при давлении порядка 80 000 атм в сочетании с деформацией сдвига при температуре 00С, в инертной среде бензол превращается в коричневый продукт нерастворимый и неплавкий, ИК-спектр которого близок к спектру полиацетилена, полученного на катализаторах Циглера-Натта. Хотя раскрытие бензольного кольца может происходить под действием радиации, ультразвука, ударных волн, однако ни  в одном из этих случаев не наблюдается образование полиена. Наряду с полимеризацией индивидуальных веществ при высоком давлении в сочетании с деформацией сдвига происходят также процессы сополимеризации различных мономеров.