Министерство образования РФМГЭГ 26.Химическиепреобразователи солнечной энергии. Выполнил ученик 11В классаПрушинский Евгений. Томск 2001. Введение. Современная энергетика опирается главнымобразом на такие источники, в которых запасена солнечная энергия СЭ . Преждевсего это ископаемые виды топлива, для образования которых требуются миллионылет.В своей деятельности человечество с постоянно возрастающими темпамирастрачивает их поистине гигантский запас.
Истощение месторождений нефти, угляи природного газа неизбежно, и, по различным оценкам, время, отпущенное на то,чтобы переключиться на альтернативные источники энергии солнечную,океаническую, ветровую, вулканическую , составляет 100-150 лет. Большой интерестакже представляют поиски химическихспособов аккумулирования СЭ. Системы, аккумулирующие солнечную энергию, и требования кним. Диапазон использования солнечногоизлучения чрезвычайно широк. Энергией Солнца питаются высоко температурныеустановки, концентрирующие поток лучей с помощью зеркал.
В качествеаккумуляторов энергии в них используются как физические теплоносители, так инекоторые неорганические вещества, способные к циклическим реакциямтермического разложения- синтеза оксиды, гидраты, сульфаты, карбонаты .Устройства другого типа преобразуют энергию излучения в электрическую, тепловуюили энергию химических реакций посредством фотофизических или фотохимическихпроцессов. Среди фотохимических путей преобразования СЭ наиболее значимымиявляются следующие Фотокаталитическоеразложение воды под действием металлокомплексных соединений Создание солнечных фотоэлектролиз ров , основанных на фотоэлектронных переносах илифотогальваническом эффекте Фотосинтез- наиболее эффективный биохимический способ преобразования энергии Солнца.
Наряду с ними значительный интереспредставляют химические системы, способные аккумулировать СЭ в виде энергиинапряжения химических связей.Такие системы удовлетворятьтребованиям , которые относятся как к фотохромному реагенту А и продукту В, таки к параметрам процесса.
А 8596 В 916 Н.Основныетребования сводятся следующему РеагентА должен поглощать свет в УФ и видимых частях спектра 400-650 нм , так какболее 50 СЕ, достигающей Земли, распределено в области 300-700 нм. ФотоизомерВ, наоборот, не должен поглощать в этой области, чтобы избежать фотоинициированияобратной реакции.Во избежание потерь энергии оба компонента должны бытьнелюминесцирующими Обратнаяреакция должна иметь значительный тепловой эффект gt 300 Дж г Длядлительного сохранения запас нной фотопродуктом В энергии активационный барьертермического перехода В 8594 А должен быть достаточно большим порядка 100кДж моль Прямаяфотохимическая реакция должна характеризоваться высоким квантовым выходом,обратная подвержена каталитическому ускорению или тепловому инициированию Прямойи обратный процессы должны характеризоваться высокими степенями превращения иотсутствием побочных продуктов ВеществаА и В должны достаточно деш выми, доступными, нетоксичными, взрывобезопасными ихимически устойчивыми по отношению к атмосферной влаге и воздуху.
Среди органических систем, удовлетворяющихуказанным выше условиям, наиболее важными являются следующие Валентнаяизомеризация нитрон оксазиридин Геометрическая Е 8596 Z изомеризация производных индиго Геометрическаяизомеризация N ацилированных аминов и нитрилов с последующей внутримолекулярнойперегруппировкой Термическиобратимая реакция фотодимеризации производных антрацена.Циклические реакциифотораспада термической рекомбинации свойственны и некоторым неорганическимсистемам, например фоторазложению нитрозилхлорида NOCl 8596 NO 1 2Cl sup2 Основноепреимущество органических систем перед неорганическими связано с возможностьюширокого варьирования строения молекул с целью улучшения их спектральныххарактеристик как аккумуляторов и преобразователей СЭ. Система норборнадиен квадрициклан.Исследования, проводимые в последние годы, указывают наперспективность использования систем, для которых характерна фотоинициируемаявалентная изомеризация по типу 2 960 2 960 циклоприсоединения.
В этихреакциях две 960 связи преобразуются в две 963 связи с образованиемциклобутанового производного.
Как правило, вподобных системах термодинамическое равновесие полностью смещено в сторонуреагента.
Рассмотрим болеедетально один из наиболее перспективных объектов для такого рода превращений норборнадиен бицикло 2.2.1 гепта 2,5 диен и его производные.
Соединениянорборнадиенового ряда могут быть достаточно легко синтезированы по реакциидневного синтеза. Реагентами для получения норборнадиен производных являютсякрупнотоннажные продукты органического синтеза циклопентадиен и ацетилен. Норборнадиен интересная и во многом уникальная молекула.Это редкий пример 1,4 диеновыхуглеводородов, в которых такое расположение двойных связей является наиболеетермодинамически устойчивым.Использование сенсиблизаторов.
Фотопревращениенезамещ нного норборнадиена в квадрициклан характеризуется низким квантовымвыходом, который, однако, может быть значительно повышен при использованиисенсибилизаторов. Наилучшие результаты получены при использовании солей медиили фенилкетонов.Однако и в этих системах имеются недостатки во-первых, они работают только в УФ области спектра во-вторых, комплексы Cu окисляются до соединений Cu , не проявляющих фотоактивности, акетоны химически взаимодействуют с норборнадиеном при облучении, образуяпродукты фотоприсоединения.
Эти причины затрудняют практическое использованиетакого рода сенсибилизаторов.Заключение. Глобальнаяэкологическая проблема предъявляет к химико технологическим процессам вс более ж сткие требования.В этих условиях фотохимические методы, которыепозволяют весьма избирательно подводить энергию и использовать е в химическихпревращениях, могут сыграть важную роль. Свет представляет собой как быбезынерционный химический реагент, не дающий отходов.
Тем не менее в настоящеевремя фотохимические процессы в крупномасштабном производстве имеют подчин нноезначение прежде всего потому, что ещ не решены сложные сопутствующиетехнические проблемы. Вс сказанное выше в полной мере относится к системенорборнадиен квадрициклан. Е практическая ценность очевидна.В некоторыхразвитых странах уже проводятся разработки малогабаритных экспериментальныхустановок, работающих на норборнадиене, для обогрева зданий, садовых домиков,теплиц.
Однако на путикрупномасштабного использования тепловой энергии, выделяющейся прикаталитическом превращении квадрициклана в норборнадиен, имеются препятствияэкономического характера. Так, в настоящее время стоимость тепла в видеводяного пара , получаемого этим способом, в 50 100 раз превышает аналогичныепоказатели для традиционных методов. Необходима дальнейшая модификация этихсистем.Основные направления усовершенствования увеличение числа рабочихциклов до 10000 и выше, повышение квантового выхода и конверсии норборнадиена вкаждом цикле, а также удешевление синтеза производных норборнадиена, обладающихподходящими спектральными характеристиками.
Тем не менее созданиемалогабаритных установок может быть оправданно и сегодня для солнечныхрегионов, удал нных от других источников энергии, для искусственных спутников. Содержание 1. Введение.2. Системы, аккумулирующие солнечную энергию,и требования к ним.3. Система норборнадиен квадрициклан.4. Использование сенсиблизаторов.5. Заключение.
Список литературы 1. ЭткинсП. Физическая химия. Мир, 1980.2. Беккер Г. О. Введение в фотохимиюорганических соединений. Химия1976.3. БреньВ. А. Успехи химии.1991.4. ФлидВ. Р. Журнал общей химии.1992.