Химия - автомобилю

1

Химия - автомобилю

2

Содержание

1. Проблемы безопасности. Подушки безопасности

2. Автомобильное стекло3. Автомобильные фары4. Шины5. Алюминий в автомобиле6. Проблемы выхлопных газов7. Немного об электромобиле

3

Проблемы безопасности

Способы защиты:• Ремни безопасности• Подушки

безопасности

При лобовом столкновении даже

на скорости 60 км/часвелика вероятность смертельного исхода

0102030405060708090

100

1980 1995 2005

Рост оснащенности подушками безопасности

4

1. Подушки безопасности

• Изготовлены из легкого винилового полотна

• Взрывное разложение вещества с выделением большого объема газа

• Азиды

• – соли HN3 H-N=N≡N

– Слабая кислота Кдисс = 1,8*10-5

5

Азотистоводородная кислота HN3

6

Азотистоводородная кислота HN3

• Сильный окислитель – HN3 + HCl + Pt – 2HN3 +8HCl + Pt = H2[PtCl6] + 2N2 + 2NH4Cll

• Азиды тяжелых металлов очень неустойчивы

Pb(N3)2 Pb + 3 N2

• Pb(N3)2 сильнее нитроглицерина, скорость распростанения взрывной волны в 10 выше, чем у тротила

• Достаточно 0,02 г для инициации работы взрывчатки

• Взрыв может произойти даже под слоем воды

7

Азиды

• Азид натрия более устойчив, разлагается при нагреве до 300оС– Запишем уравнение реакции разложения азида натрия

2NaN3 = 2Na + 3N2

– Рассчитайте объем газа выделяющегося при разложении 65 г азида натрия при н.у.

– Как связать натрий – он ведь очень реакционноспособен?– Na + KNO3

10Na +2KNO3 = 5Na2O + K2O + N2

Но ведь и оксиды натрия и калия очень реакционноспособныС какими веществами из окружающей среды они

взаимодействуют экзотермично?Как подавить эти процессы?

Na2O + SiO2 = Na2SiO3

8

«Взрывная» история

• Медики используют разбавленные растворы NaN3 как консервант биохимических препаратов

• Отходы сливали в раковину, раздавались звуки типа пистолетных выстрелов

• Однажды произошел неожиданный ВЗРЫВ сливной трубы

• !!! ???

9

• Причины взрыва:

NaN3 + Cu + H2O

3NaN3 + Cu +3H2O = Cu(N3)2 + N2 +3NaOH + NH3

• Какие следует принять меры?– Поменять материал сливных труб – ни

медь, ни ее сплавы, ни какие либо иные металлы – не пригодны!

– Спасли пластиковые трубы!

10

Эффектный химический фокус

• При взаимодействием водного раствора аммиака и спиртового раствора иода в соотношении 1:2 выпадает черный или бурый осадок,

• 3I2 + 5NH4OH → 3NH4I + NH3•NI3↓ + 5H2O• 8NI3·NH3 → 5N2 + 6NH4I + 9I2

• 2NI3(тв.) → N2↑ + 3I2↑ ΔHo = −290 кДж/моль

• Что можно сказать о термодинамической возможности существования этого соединения?

• Каковы знаки ΔHo, ΔSo, ΔGo процесса?• Каковы степени окисления элементов в нем? χN = 3,1 χJ = 2,2

11

Иодистый азот (нитрид трииода)

12

2. Cтекла автомобиля

• Какие можно выделить признаки стекла?

• Когда люди впервые получили стекло?• Первые попытки варки стекла: Сода + песок + известняк

Na2CO3 + SiO2 + CaCO3

Na2SiO3 + CO2↑ + CaSiO3

13

Химиколаборатор

ное

Термометрическое

Тарное

Гибкое

Хрусталь

Медицинское

Светотехничес

кое

Электровакуум

ное

Виды стекла

SiO2 -80%,B2O3 10-12%All2O3 1-3%, Na2O,CaO,MgO,

PbO, CeO2,As2O3, Sb2O3Стекло «Пирекс»

выдерживает перепады t в

300o

Для изменениянаправления и спектр.состава

светопотокаДобавки фтора,

фосфатов

Красный – Cd, Au,Розовый – Si,

Синий – Co, зеленый CuФиолетовый – Mn,

Гллубовато-зеленый FeЖелтовато-зеленый – UТравянисто-зеленый –CrЖелто-коричневый - Mn

14

Стекло в автомобиле

• Закаленное стекло

• Использование силоксановых слоев

• Тонированные стекла

15

3. Автомобильные фарыИстория вопроса

• Первое освещение карет и авто – парафиновые свечи

• Карбидные фары – поярче, но газовый реактор в автомобиле

CaC2 + H2O Ca(OH)2 + C2H2

• С 1910-ых г.г. – лампы накаливания– W – спираль tплW = 3422oC tкипW =

5555oC– W + 2H2O WO2 + H2

16

Как замедлить испарение W?1. Понизить температуру спирали – понижается

накал, свечение • Лампа Эдисона 1879 г – 40 часов

2. Заполнить сосуд инертным газом

N2, инертные газы

• Аргоновая лампа – 800 часов AAr = 40 г/м

• Криптоновые лампы – 3000 ч AKr = 83 г/м

3. Введение небольшого количества

галогена (J2) –галогеновые лампы

W + 2J2 + H2O WOJ2 + 2HJ (CVD)

1949 г – патент

1962 г – в автомобилях

17

Без нити накаливания

• Ксеноновые лампы – яркий бело-голубоватый свет в них нет нити накаливания, – 1992 г.ксеноновые лампы использовались для

освещения съемочных площадок на киностудиях, а также для освещения стадионов и улиц

– Достоинства – яркость горения, длительный срок работы, меньшее потребление энергии

– Недостатки - медленное включение – «не помигаешь»

• Светодиоды - полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающим оптическое излучение при пропускании через них электрического тока

18

Светодиоды

19

Светодиоды

• AIIIBV (напр., GaAs или InP) и AIIBVI

(напр., ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

• Стоимость вплоть до 1968 года (около $200 за штуку).

• Сейчас ($1 за штуку) – экономичны, удобны

20

21

4. Шины - каучук

22

4. Шины - каучук

23

Природный каучук

(С6H8)n Цис-полимер

изопренаОткрыт в

1751 г

В промышл.масштабахИндонезия,Таиланд, Вьетнам

1 дерево гевеидает

5 кг/год

24

Потребление каучука

• Вулканизация каучука – Чарльз Гудьир (США) – получение резины натур.каучук +PbO + S Мировое потребление каучука 1890 г – 27 000 тонн 1910 г – 96 500 тонн 1920 г – 340 000 тонн1950 ые годы – миллионы тоннНа производство 4 автом. шин требуется 100 кг

нагрев

25

Полибутадиеновый каучук

• Работы С.В.Лебедева

• 2C2H5OH CH2=CH-CH=CH2+ 2H2O +H2

• CH2=CH-CH=CH2+ CH2=CH-CH=CH2+ (- CH2-CH=CH-CH2- )n

• 1932 г запущен завод в Ярославле «Молодцы, ярославцы, научились из картошки делать калоши»

• 50-60-ые годы ХХ века. Катализаторы Циглера-Натта – удешевление процесса синтеза каучука

1874-1934

26

Катализаторы Циглера-Натта

• 1954 г. немецкий химик Циглер открыл комплексные (смешанные) катализаторы, состоящие из триэтилалюминия и галогенидов титана

• В результате модификации катализаторов Натта в том же году на этой основе разработал способы полимеризации других простых ненасыщенных углеводородов и осуществил синтез стереорегулярных полимеров.

27


Карл Циглер1898- 1973

Джулио Натта1903-1979

Нобелевская премия по химии 1963

Нобелевская премия по химии 1963г«за открытия в области химии и

технологии высокомолекулярных полимеров»

2828


•LiH, LiAlH4. сочетание RnMX (R – алкил, М – металл III группы ПС, Х – Н, галоген, –OR, –OCOR и др.) c галогенидами металлов IV, V и VI групп;•(CH3)2Mg или (C3H7)MgCl или фенилмагнийбромид с TiCl4 или ZrCl4

29

5. Алюминий в автомобиле

• Кузов из Al на 240 кг легче кузова из стали• Содержание Al в земной коре – 8%• Способ получения Al 1886 г Чарльз Мартин

Холл; и француз Поль Эру • Электролиз боксита (tпл>2053oC)в криолите

Al2O3 Na3AlF6 C 1855 по 1890 г получено 200 т AlС 1890 по 1900 г по методу Холла - 28000 т Сейчас ежегодно получают более 10000000 т• Легкость и химическая устойчивость

30

Сказка «Красавец Алюминий»

В Периодическом царстве, Химическом государстве жил – был красавец Алюминий: очень легкий, серебристо – белый металл, но характер у него был вспыльчивый, он очень быстро реагировал со старушками кислотами, щелочами и даже водой. И страдал наш герой, потому что был он очень общителен, разговорчив, он мог бы быть душой любой компании, но никто не хотел дружить с ним.

И тогда решил Алюминий уйти из царства. И пошел куда глаза глядят. Долго ли, коротко ли бродил Алюминий, но встретил по дороге дом, восьмерка на доме том, а в окно выглядывает очень веселый газообразный Кислород.

Кислород пригласил в гости Алюминий, но тот долго не соглашался, а потом рассказал про свою беду.

- Да, страшно жить одному. Я даже не представляю, как бы я жил без своего друга Водорода и без своей сестрички Серы. Но из каждого положения есть выход. Нужна тебе необыкновенная одежда, чтобы она не растворялась ни в кислоте, ни в щелочи, а уж в воде и подавно. Вот тогда –то ты сможешь жить, как все другие вещества. А одежду мы с тобой вместе сошьем.

Кислород взял у Алюминия 12 электронов, и тут же произошла реакция. Обрадовался Алюминий, примерил одежду оксидную.

С тех пор Алюминий всегда покрыт оксидной пленкой. И пусть одежда не такая блестящая, как была. Но она действительно не растворяется ни в кислоте, ни в щелочи, ни в воде.

• О каких свойствах алюминия говорилось в сказке? Запишите уравнения реакций, характеризующие химические свойства алюминия

31

6. Экологические проблемы выхлопных газов

32

Состав выхлопных газов

33

Трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы

КатализаторPt,Rh,Ir,Pd

35

7.Думаем об экологии - электромобиль

• 27.10.2010 г электромобиль «lekker Mobil» Audi A2 совершил рекордный пробег на одной зарядке из Мюнхена в Берлин длиной 605 км в условиях реального движения по дорогам общего пользования, при этом были сохранены и действовали все вспомогательные системы, включая отопление.

36

Санкт-Петербургскиедостижения

• В 2009 году в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете сконструировали первый в России солнечный электромобиль (СЭМ). За ночь его можно зарядить от обычной электророзетки, а днём он питается от солнечных батарей, расположенных на капоте. Скорость СЭМа — 40 км/час, а запас хода на одной зарядке аккумуляторной батареи — 60 км. Электродвигатель мощностью 3 кВт

37

Электромобиль

• В июне 2013 г с небольшим интервалом гоночными электромобилями ZEOD RC японской компании Nissan и B12/69EV британской компании Drayson Racing Technologies были установлены очередные мировые рекорды скорости среди электромобилей - 300 км/час и 330 км/час соответственно.

38

Аккумулятор электромобиля

39

Леенсон И.А.

40

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!

Documents

Химия - автомобилю