Химические преобразователи солнечной энергии

Реферат Министерствообразования РФМГЭГ 26. Химические преобразователисолнечной 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 интерес также представляют поиски химических способоваккумулирования СЭ. Системы, аккумулирующие солнечную энергию, и требования кним. Диапазониспользования солнечного излучения чрезвычайно широк. Энергией Солнца питаютсявысоко температурные установки, концентрирующие поток лучей с помощью зеркал.

Вкачестве аккумуляторов энергии в них используются как физические теплоносители,так и некоторые 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 или фотогальваническомэффекте Фотосинтез -наиболее эффективный биохимический способ преобразования энергии Солнца.

Наряду с нимизначительный интерес представляют химические системы, способные аккумулироватьСЭ в виде энергии напряжения химических связей.Такие системыудовлетворять требованиям , которые относятся как к фотохромному реагенту А ипродукту В, так и к параметрам процесса.

А 8596 В 916 Н.Основные требованиясводятся следующему Реагент Адолжен поглощать свет в УФ и видимых частях спектра 400-650 нм , так как более50 СЕ, достигающей Земли, распределено в области 300-700 нм. Фотоизомер В,наоборот, не должен поглощать в этой области, чтобы избежать фотоинициированияобратной реакции.Во избежание потерь энергии оба компонента должны бытьнелюминесцирующими Обратная реакциядолжна иметь значительный тепловой эффект gt 300Дж г Для длительногосохранения запас нной фотопродуктом В энергии активационный барьер термическогоперехода В 8594 А должен быть достаточно большим порядка 100 кДж моль Прямая фотохимическаяреакция должна характеризоваться высоким квантовым выходом, обратная подверженакаталитическому ускорению или тепловому инициированию Прямой иобратный процессы должны характеризоваться высокими степенями превращения иотсутствием побочных продуктов Вещества А и Вдолжны достаточно деш выми, доступными, нетоксичными, взрывобезопасными и химическиустойчивыми по отношению к атмосферной влаге и воздуху.

Среди органических систем, удовлетворяющихуказанным выше условиям, наиболее важными являются следующие Валентная изомеризациянитрон оксазиридин Геометрическая Е 8596 Z изомеризацияпроизводных индиго Геометрическаяизомеризация N ацилированных аминов и нитрилов с последующей внутримолекулярнойперегруппировкой Термически обратимаяреакция фотодимеризации производных антрацена.

Циклическиереакции фотораспада термической рекомбинации свойственны и некоторымнеорганическим системам, например фоторазложению нитрозилхлорида NOCl 8596 NO 1 2Cl sup2 Основное преимущество органических системперед неорганическими связано с возможностью широкого варьирования строениямолекул с целью улучшения их спектральных характеристик как аккумуляторов ипреобразователей СЭ. Система норборнадиен квадрициклан.

Исследования,проводимые в последние годы, указывают на перспективность использования систем,для которых характерна фотоинициируемая валентная изомеризация по типу 2 960 2 960 циклоприсоединения.

В этих реакциях две 960 связи преобразуются в две 963 связи с образованием циклобутанового производного. Как правило, в подобных системахтермодинамическое равновесие полностью смещено в сторону реагента.Рассмотрим более детально один из наиболееперспективных объектов для такого рода превращений норборнадиен бицикло 2.2.1 гепта 2,5 диен и его производные.

Соединения норборнадиенового ряда могут бытьдостаточно легко синтезированы по реакции дневного синтеза. Реагентами дляполучения норборнадиен производных являются крупнотоннажные продукты органическогосинтеза циклопентадиен и ацетилен. Норборнадиен интересная и во многом уникальная молекула.Это редкий пример 1,4 диеновых углеводородов,в которых такое расположение двойных связей является наиболее термодинамическиустойчивым.Использование сенсиблизаторов.

Фотопревращение незамещ нного норборнадиена вквадрициклан характеризуется низким квантовым выходом, который, однако, можетбыть значительно повышен при использовании сенсибилизаторов. Наилучшие результатыполучены при использовании солей меди или фенилкетонов.Однако и в этихсистемах имеются недостатки во-первых, они работают только в УФ области спектра во-вторых, комплексы Cu окисляются до соединений Cu ,не проявляющих фотоактивности, а кетоны химически взаимодействуют с норборнадиеномпри облучении, образуя продукты фотоприсоединения.

Эти причины затрудняют практическоеиспользование такого рода сенсибилизаторов.Заключение. Глобальная экологическая проблема предъявляетк химико технологическим процессам вс более ж сткие требования.В этихусловиях фотохимические методы, которые позволяют весьма избирательно подводитьэнергию и использовать е в химических превращениях, могут сыграть важную роль.Свет представляет собой как бы безынерционный химический реагент, не дающийотходов.

Тем не менее в настоящее время фотохимические процессы вкрупномасштабном производстве имеют подчин нное значение прежде всего потому,что ещ не решены сложные сопутствующие технические проблемы. Вс сказанное вышев полной мере относится к системе норборнадиен квадрициклан. Е практическаяценность очевидна.В некоторых развитых странах уже проводятся разработкималогабаритных экспериментальных установок, работающих на норборнадиене, дляобогрева зданий, садовых домиков, теплиц.

Однако на пути крупномасштабного использованиятепловой энергии, выделяющейся при каталитическом превращении квадрициклана внорборнадиен, имеются препятствия экономического характера. Так, в настоящеевремя стоимость тепла в виде водяного пара , получаемого этим способом, в 50 100 раз превышает аналогичные показатели для традиционных методов. Необходима дальнейшаямодификация этих систем.Основные направления усовершенствования увеличение числарабочих циклов до 10000 и выше, повышение квантового выхода и конверсиинорборнадиена в каждом цикле, а также удешевление синтеза производныхнорборнадиена, обладающих подходящими спектральными характеристиками.

Тем неменее создание малогабаритных 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. Системанорборнадиен квадрициклан.4. Использование сенсиблизаторов.5. Заключение.

Список литературы 1. Эткинс П.Физическая химия. Мир, 1980.2. Беккер Г. О.Введение в фотохимию органических соединений. Химия1976.3. Брень В. А.Успехи химии.1991.4. Флид В.Р.Журнал общей химии.1992.