Реферат: Химические преобразователи солнечной энергии

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Министерствообразования РФ

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">МГЭГ№26.

Химические преобразователисолнечной энергии.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Выполнил:

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">ученик 11В класса

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Прушинский

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Евгений.<span Comic Sans MS"">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Томск 2001.

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Введение.

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">  Современнаяэнергетика опирается главным образом на такие источники, в которых запасенасолнечная энергия (СЭ). Прежде всего это ископаемые виды топлива, дляобразования которых требуются миллионы лет. В своей деятельности человечество спостоянно возрастающими темпами растрачивает их поистине гигантский запас.Истощение месторождений нефти, угля и природного газа неизбежно, и, поразличным оценкам, время, отпущенное на то, чтобы переключиться наальтернативные источники энергии (солнечную, океаническую, ветровую,вулканическую), составляет 100-150 лет. Большой интерес также  представляют поиски химических способоваккумулирования СЭ.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Системы, аккумулирующие солнечнуюэнергию, и требования к ним.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Диапазон использования солнечного излучения чрезвычайноширок. Энергией Солнца питаются высоко температурные установки, концентрирующиепоток лучей с помощью зеркал. В качестве аккумуляторов энергии в нихиспользуются как физические теплоносители, так и некоторые неорганическиевещества, способные к циклическим реакциям термического разложения- синтеза(оксиды, гидраты, сульфаты, карбонаты). Устройства другого типа преобразуютэнергию излучения в электрическую, тепловую или энергию химических реакцийпосредством фотофизических или фотохимических процессов. Среди фотохимическихпутей преобразования СЭ наиболее значимыми являются следующие:

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Фотокаталитическое<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»"> разложение воды под действием металлокомплексныхсоединений;

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Создание«солнечных фотоэлектролизёров», основанных нафотоэлектронных переносах или фотогальваническом эффекте;

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Фотосинтез- наиболее эффективный биохимический способ преобразования энергии Солнца.<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> Наряду с ними значительный интерес представляют химические системы,способные аккумулировать СЭ в виде энергии напряжения химических связей.<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Такие системы удовлетворять требованиям, которые относятся как к фотохромному реагенту А ипродукту В, так и к параметрам процесса. <span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">А↔В+ΔН.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Основныетребования сводятся следующему:

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">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. Фотоизомер В, наоборот, не должен поглощать в этой области,чтобы избежать фотоинициирования обратной реакции. Воизбежание потерь энергии оба компонента должны быть нелюминесцирующими;

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Обратнаяреакция должна иметь значительный тепловой эффект (<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">><span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">300 Дж/г);

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Длядлительного сохранения запасённой фотопродуктом Вэнергии активационный барьер термического перехода В→А должен бытьдостаточно большим – порядка 100 кДж/моль;

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Прямаяфотохимическая реакция должна характеризоваться высоким квантовым выходом,обратная подвержена каталитическому ускорению или тепловому инициированию;

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Прямойи обратный процессы должны характеризоваться высокими степенями превращения иотсутствием побочных продуктов;

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">ВеществаА и В должны достаточно дешёвыми, доступными, нетоксичными, взрывобезопаснымии химически устойчивыми по отношению к атмосферной влаге и воздуху.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">  Среди органическихсистем, удовлетворяющих указанным выше условиям, наиболее важными являютсяследующие:

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Валентнаяизомеризация нитрон – оксазиридин;

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Геометрическая(Е)↔(<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">Z<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">)изомеризация производных индиго;

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Геометрическаяизомеризация <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">N<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»"> <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">–ацилированных аминов и нитрилов с последующей внутримолекулярнойперегруппировкой;

·<span Times New Roman"">       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Термическиобратимая реакция фотодимеризации производныхантрацена.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Циклические реакции фотораспада –термической рекомбинации свойственны и некоторым неорганическим системам,например фоторазложению нитрозилхлорида:

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">                                     

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">NOCl<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> ↔NO + 1<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">/2<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">Cl²<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">  Основное преимуществоорганических систем перед неорганическими связано с возможностью широкоговарьирования строения молекул с целью улучшения их спектральных характеристиккак аккумуляторов и преобразователей СЭ.

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Система норборнадиен – квадрициклан.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Исследования, проводимые в последние годы, указывают наперспективность использования систем, для которых характерна фотоинициируемая валентная изомеризация по типу (2π+2π)– циклоприсоединения. В этих реакциях две π – связи преобразуются в две σ – связи собразованием циклобутанового производного.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">  Как правило, вподобных системах термодинамическое равновесие полностью смещено в сторонуреагента.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">  Рассмотрим болеедетально один из наиболее перспективных объектов для такого рода превращений –норборнадиен (бицикло

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">[<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">2.2.1<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">]<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> гепта – 2,5 –диен) и его производные. Соединения норборнадиеновогоряда могут быть достаточно легко синтезированы по реакции дневного синтеза. Реагентамидля получения норборнадиен производных являютсякрупнотоннажные продукты органического синтеза – циклопентадиени ацетилен.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">  Норборнадиен –интересная и во многом уникальная молекула. Это редкий пример 1,4 – диеновых углеводородов,в которых такое расположение двойных связей является наиболее термодинамически устойчивым.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Использование сенсиблизаторов.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">  Фотопревращениенезамещённого норборнадиена в квадрицикланхарактеризуется низким квантовым выходом, который, однако, может бытьзначительно повышен при использовании сенсибилизаторов. Наилучшие результатыполучены при использовании солей меди или фенилкетонов.Однако и в этих системах имеются недостатки: во-первых, они

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">“<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">работают<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">”<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> только в УФ – области спектра;во-вторых, комплексы <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">Cu(|)<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»"> окисляются до соединений <span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">Cu(||)<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">, не проявляющих фотоактивности,а кетоны химически взаимодействуют с норборнадиеном при облучении, образуя продуктыфотоприсоединения. Эти причины затрудняют практическое использование такогорода сенсибилизаторов.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Заключение.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">  Глобальная экологическаяпроблема предъявляет к химико – технологическим процессамвсё более жёсткие требования. В этих условиях фотохимические методы, которыепозволяют весьма избирательно подводить энергию и использовать её в химическихпревращениях, могут сыграть важную роль. Свет представляет собой как бы безынерционный химический реагент, не дающий отходов. Тем неменее в настоящее время фотохимические процессы в крупномасштабном производствеимеют подчинённое значение прежде всего потому, что ещё не решены сложныесопутствующие технические проблемы. Всё сказанное выше в полной мере относитсяк системе норборнадиен – квадрициклан. Еёпрактическая ценность очевидна. В некоторых развитых странах уже проводятсяразработки малогабаритных экспериментальных установок, работающих на норборнадиене, для обогрева зданий, садовых домиков,теплиц.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">  Однако на путикрупномасштабного использования тепловой энергии, выделяющейся прикаталитическом превращении квадрициклана в норборнадиен, имеются препятствия экономического характера.Так, в настоящее время стоимость тепла (в виде водяного пара), получаемого этимспособом, в 50 – 100 раз превышает аналогичные показатели для традиционныхметодов. Необходима дальнейшая модификация этих систем. Основные направленияусовершенствования: увеличение числа рабочих циклов до 10000 и выше, повышениеквантового выхода и конверсии норборнадиена в каждомцикле, а также удешевление синтеза производных норборнадиена,обладающих подходящими спектральными характеристиками. Тем не менее созданиемалогабаритных установок может быть оправданно и сегодня – для солнечныхрегионов, удалённых от других источников энергии, для искусственных спутников.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»"> 

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Содержание:

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">1.<span Times New Roman"">  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Введение.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">2.<span Times New Roman"">  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Системы,аккумулирующие солнечную энергию, и требования к ним.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">3.<span Times New Roman"">  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Системанорборнадиен – квадрициклан.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">4.<span Times New Roman"">  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Использованиесенсиблизаторов.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">5.<span Times New Roman"">  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Заключение.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Список литературы:

<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:Arial">1.<span Times New Roman"">  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Эткинс<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> П. Физическая химия. Мир, 1980.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: Arial">2.<span Times New Roman"">  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Беккер<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»"> Г. О. Введение в фотохимию органических соединений. Химия1976.

<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:Arial">3.<span Times New Roman"">  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Брень<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> В. А. Успехи химии.1991.

<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:Arial">4.<span Times New Roman"">  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Флид<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> В.Р. Журнал общей химии.1992.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

еще рефераты
Еще работы по химии