Химические перетворювачі сонячної энергии

Министерство освіти РФ МГЭГ № 26.

Химические перетворювачі сонячної энергии.

Выполнил: учень 11 В класу Прушинский Евгений.

Томск 2001.

Введение

Сучасна енергетика спирається головним чином такі джерела, в яких запасена сонячна енергія (СЕ). Передусім це копалини види палива, для освіти яких потрібні мільйони. У своїй діяльності людство з постійно зростаючими темпами витрачає їх воістину гігантський запас. Виснаження родовищ нафти, вугілля й природного газу неминуче, і з різним оцінкам, час, відпущене те що, щоб переключитися на натомість альтернативні джерела енергії (сонячну, океанічну, вітрову, вулканічну), становить 100−150 років. Велике зацікавлення також представляють пошуки хімічних способів акумулювання СЭ.

Системи, що акумулюють сонячної енергії, й підвищити вимоги до них. Діапазон використання сонячного випромінювання надзвичайно широкий. Енергією Сонця харчуються високо температурні установки, концентрирующие потік променів з допомогою дзеркал. Як акумуляторів енергії у яких використовують як фізичні теплоносії, і деякі неорганічні речовини, здатні до циклічним реакцій термічного розкладаннясинтезу (оксиди, гідрати, сульфати, карбонаты). Устрою іншого типу перетворять енергію випромінювання у електричну, теплову чи енергію хімічних реакцій у вигляді фотофізичних чи фотохімічних процесів. Серед фотохімічних шляхів перетворення СЕ найбільш значимими є такі:. Фотокаталитическое розкладання води під впливом металлокомплексных сполук;. Створення «сонячних фотоэлектролизёров», заснованих на виключно фотоелектронних перенесеннях чи фотогальваническом ефект;. Фотосинтез — найефективніший біохімічний спосіб перетворення Солнца.

Поруч із ними значний цікаві хімічні системи, здатні акумулювати СЕ як енергії напруги хімічних зв’язків. Такі системи задовольняти вимогам, які стосуються як до фотохромному реагенту Проте й продукту У, і до параметрами процесса.

А?В+?Н.

Основные вимоги зводяться наступному:. Реагент, А повинен поглинати світ у СФ і видимих частинах спектра (400−650 нм), оскільки понад 50 відсотків% РЄ, сягаючої Землі, розподілено у сфері 300;

700 нм. Фотоизомер У, навпаки, ні поглинати у цій галузі, щоб уникнути фотоинициирования зворотної реакції. Щоб уникнути втрат енергії обидва компонента мали бути зацікавленими нелюминесцирующими;. Зворотний реакція повинен мати значний парниковий ефект (>300 Дж/г);. Для тривалого зберігання запасённой фотопродуктом У енергії активація бар'єр термічного переходу В>А має бути досить великим — порядку 100 кДж/моль;. Пряма фотохимическая реакція повинна характеризуватися високим квантовим виходом, зворотна схильна до каталитическому прискоренню чи тепловому ініціюванню;. Прямий і зворотний процеси повинні характеризуватися високими ступенями перетворення і відсутність побічних продуктів; Речовини Проте й У мають досить дешёвыми, доступними, нетоксичными, взрывобезопасными і хімічно стійкими стосовно атмосферної волозі і повітрю. Серед органічних систем, які відповідають зазначеним вище умовам, найважливішими є такі: Валентна ізомеризація нитрон — оксазиридин; Геометрична (Е)?(Z) ізомеризація похідних індиго; Геометрична ізомеризація N — ацилированных амінів і нітрилів з наступної внутрімолекулярної перегрупуванням; Термічно поправна реакція фотодимеризации похідних антрацену. Циклічні реакції фотораспада — термічної рекомбінації властиві і деяким неорганічним системам, наприклад фоторазложению нитрозилхлорида:

NOCl ?NO + ½ClІ Основне перевагу органічних систем перед неорганічними пов’язані з можливістю широкого варіювання будівлі молекул з метою поліпшення їх спектральних характеристик як акумуляторів і перетворювачів СЕ. Система норборнадиен — квадрициклан. Дослідження, що проводилися останні роки, свідчить про перспективність використання систем, котрим характерна фотоинициируемая валентна ізомеризація на кшталт (2?+2?) — циклоприсоединения. У цих реакціях дві? — зв'язку перетворюються на дві? — зв'язку з утворенням циклобутанового похідного. Зазвичай, у таких системах термодинамічне рівновагу повністю зміщений убік реагенту. Розглянемо детальніше одне з найбільш перспективних об'єктів для що така перетворень — норборнадиен (бицикло [2.2.1] гепта — 2,5 — диен) та її похідні. Сполуки норборнадиенового низки можуть бути досить легко синтезовано за реакцією денного синтезу. Реагентами щоб одержати норборнадиен похідних є великотоннажні продукти органічного синтезу — циклопентадиен і ацетилен. Норборнадиен — цікава та значною мірою унікальна молекула. Це рідкісний приклад 1,4 — диеновых вуглеводнів, у такий розташування подвійних зв’язків є найбільш термодинамічно стійким. Використання сенсиблизаторов. Фотопревращение незамещённого норборнадиена в квадрициклан характеризується низьким квантовим виходом, який, проте, то, можливо значно підвищено під час використання сенсибілізатори. Найкращі результати отримано під час використання солей міді чи фенилкетонов. Але й у тих системах є недоліки: по-перше, вони «працюють» лише у СФ — області спектра; по-друге, комплекси Cu (|) окисляються до сполук Cu (||), не виявили фотоактивности, а кетоны хімічно взаємодіють із норборнадиеном при опроміненні, створюючи продукти фотоприсоединения. Ці причини ускладнюють практичне використання що така сенсибілізатори. Укладання. Глобальна екологічна проблема пред’являє химико — технологічним процесам дедалі більше жорсткі вимоги. У умовах фотохімічні методи, що дозволяють дуже вибірково підбивати енергію та використовувати їх у хімічних перетвореннях, можуть зіграти значної ролі. Світло є хіба що безынерционный хімічний реагент, який дає відходів. Проте нині фотохімічні процеси в великомасштабному виробництві мають подчинённое значення передусім оскільки не вирішені складні супутні технічні проблеми. Все сказане вище повною мірою належить до системи норборнадиен — квадрициклан. Її практична цінність очевидна. У деяких розвинених країнах це вже проводяться розробки малогабаритних експериментальних установок, працівників норборнадиене, для обігріву будинків, садових будиночків, теплиць. Проте за шляху великомасштабного використання теплової енергії, выделяющейся при каталітичному перетворення квадрициклана в норборнадиен, є перешкоди економічного характеру. Так було в час вартість тепла (як водяної пари), одержуваного у такий спосіб, в 50 — 100 разів перевищує аналогічні показники традиційних методів. Необхідна подальша модифікація цих систем. основні напрями вдосконалення: збільшити кількість робочих циклів до 10 000 і від, підвищення квантового виходу і конверсії норборнадиена у кожному циклі, а також здешевлення синтезу похідних норборнадиена, які мають підходящими спектральними характеристиками. Проте створення малогабаритних установок то, можливо виправдано і сьогодні - для сонячних регіонів, удалённых з інших джерел енергії, для штучних спутников.

Содержание: Запровадження. Системи, що акумулюють сонячної енергії, й підвищити вимоги до них. Система норборнадиен — квадрициклан. Використання сенсиблизаторов.

Заключение

.

Список літератури: Эткинс П. Фізична хімія. Світ, 1980. Беккер Р. Про. Введення у фотохимию органічних сполук. Химия1976. Брень У. А. Успіхи химии.1991. Флид В. Р. Журнал загальної химии.1992.