بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، یک سیستم پیشرانش بر اساس واکنش شیمیایی در یک پیل سوختی؛ و همچنین یک سیستم توقف بر اساس تغییر رنگ شیمیایی طراحی و ساخته شده است. مبنای کار این پیل سوختی بر اساس واکنش شیمیایی بین پرمنگنات و اسید سولفوریک بوده و در آن از گرافیت و نوار منیزیم به ترتیب به عنوان قطب مثبت و منفی پیل استفاده شده است.
با افزودن منیزیم سولفات به این ترکیب، ولتاژ ثابت دلخواه به مدت حدود یک ساعت تأمین شد. سیستم توقف بر پایه واکنش تغییر رنگ شیمیایی میان پتاسیم یدات و سدیم بی سولفیت، با آب مقطر و نشاسته طراحی شده است. به طوری که مواد مذکور با غلظت های محاسبه شده، بوسیله فرمول های الکتروشیمیایی برای محتوای وزنی پتاسیم یدات و برای محتوای حجمی سدیم بی سولفیت، انتخاب شده اند.
این تغییر رنگ توسط سنسور تعبیه شده در مخزن حاوی محلول تشخیص داده می شود. لازم به ذکر است که مخزن جهت جلوگیری از نفوذ طیف های نوری خارجی کاملاً عایق بندی شده و به وسیله یک ال ای دی - LED - روشن شده تا سنسور، تغییر رنگ صورت گرفته را با دقت بالاتری تشخیص دهد. همچنین لازم است دستور توقف خودرو با روشی به موتور داده شود که در این طرح، از یک مدار الکتریکی استفاده شده است.
مقدمه:
با رشد روز افزون صنعت و تکنولوژی، انرژی و روشهای تولید آن اهمیت ویژه ای پیدا کرده است . علاوه بر آن، بدلیل بیتوجهی به مصرف بی رویه انرژی های فسیلی در سالهای گذشته و مسائل و مشکلات زیست محیطی حاصل از آن و نیز محدود بودن منابع آنها، در سالهای اخیر، رویکردی نو در تولید و بهره گیری از انواع جدید منابع انرژی مطرح شده است. توسعه منابع جدید انرژی که دارای کارامدی و قابلیت اطمینان بیشتر باشند و به طبیعت نیز آسیب کمتری برسانند. سادگی این منابع نیز از نکات مهم و قابل توجه به شمار می رود که باعث کاهش قیمت و افزایش قابلیت اطمینان برای کاربردهای تجاری می شود
تغییر رنگ شیمیایی شامل دو ماده به نام های سدیم بی سولفیت و پتاسیم یدات می باشد. در زمان مخلوط کردن مواد های شیمیایی و در طی زمان مورد نظر تغییر رنگ صورت می گیرد.
واکنش شیمیایی1 فرایندی است که در آن ساختار ذرههای تشکیل دهنده ي مواد اولیه دچار تغییر میشود؛ یعنی طی آن یک یا چند ماده شیمیایی به یک یا چند ماده شیمیایی دیگر تبدیل می شود. به همین دلیل واکنش فقط در جهت رفت انجام میگیرد و تا مصرفشدن کامل واکنشدهنده پیش میرودمثلاً. اگر تکهای نوار منیزیم را در ظرف محتوی HCl وارد کنیم، واکنش شدیدی میان منیزیم و اسید رخ میدهد و کم کم در اسید حل و ناپدید میشود و همزمان با ناپدیدشدن فلز، حبابهای گاز هیدروژن درون اسید به چشم میخورند که از ظرف خارج میشوند.
واکنشهای ساعتی2 یکی از منحصر به فرد ترین دستههای واکنشهای شیمیایی است. دراین نوع واکنش خاص، دو محلول بیرنگ با یکدیگر مخلوط میکنیم. در لحظات ابتدایی اتفاق خاصی مشاهده نمیشود ولی بعد از چند دقیقه ناگهان رنگ محلول از بیرنگ به آبی تیره تغییر میکند. به عبارت دیگر میتوان مکانیزم واکنشهای ساعتی را چنین بیان کرد که با مخلوط محلولها - بیرنگ - فوراً تغییری که با چشم بتوان آن را دید، مشاهده نمیشود اما رنگ محلول بعد از گذشت زمانی به طور ناگهانی تغییر می کند، که از این زمان به زمان انجام واکنش تعبیر میشود
پیل ها به دو صورت می باشند : قابل شارژ - غیرقابل شارژ؛ پیل های منیزیمیعموماً از نوع پیل های غیرقابل شارژ هستند که برای مواقع اضطراری استفاده می شو ند. و برای مدت کم - حداکثر 2 ساعت - کاربرد دارند. این نوع پیل به دلیل ارزان بودن مواد اولیه و آسان بودن روش ساخت و سبک بودن همواره مورد توجه بوده ولی به علت عدم قابلیت شارژ مجدد ، نتوانسته اند از این نوع باطری برای زمان های طولانی استفاده بکنند و همین عامل باعث شده تا این پیل نتواند کاربرد خوبی در صنایع داشته باشد
یکی از انرژی هایی که از قرن هفدهم مورد توجه دانشمندان قرار گرفت انرژی الکتریسیته بود که به علت عدم آلودگی و سهولت استفاده از آن پیشرفت چشمگیری در گسترش و استفاده از این انرژی ایجاد شده است
در اینجا لازم به توضیح می باشد، از آنجا که برای نیرومحرکه خودرو هم میتوان از پیل های منیزیمی استفاده کرد و هم از باتری های آماده در بازار، اما ما در این طرح برای رسیدن به نتیجه مطلوب از باتری های آماده استفاده کردیم.
جزئیات آزمایش
مواد
سدیم بی سولفیت یا سدیم هیدروژن سولفیت، یک ترکیب شیمیایی با فرمول شیمیایی NaHSO3 است. سدیم بیسولفیت یک افزودنی غذایی در ردیف E با شماره E222 است که رنگ آن بی رنگ مایل به زرد می باشد و حالت فیزیکی آن به شکل مایع است.جرم مولی این ماده 104/061g/mol و چگالی آن 1/48g/cm3 ، نقطه ذوب 150oc و خلوص آن 39 درصد می باشد. این نمک را می توان توسط عبور دادن دی اکسید گوگرد از محلول سدیم کربنات در آب تهیه نمود. پتاسیم یدات با فرمول شیمیایی KIO3 یکی از مشتقات پرمصرف ید میباشد.
پودری است سفید رنگ که از آن بیشتر برای یددار کردن نمکهای خوراکی استفاده می شود همچنین دارای جرم مولی 214/001 g/mol ، چگالی 3/89 g/cm3 ، نقطه ذوب 560℃ و خلوص آن 99/5 درصد می باشد. چسب نشاسته یا محلول نشاسته یک معرف طبیعی است که در آزمایشهای یدومتری برای تشخیص پایان واکنش و پایان تیتراسیون مورد استفاده قرار می گیرد که دارای فرمول شیمیایی - C6H10O5 - n می باشد که تغییر غلظت آن موجب افزایش یا کاهش رنگ واکنش می شود. آب چکیده یا آب مقطر، آبی است که ناخالصی آن به شیوه تقطیر گرفته شده باشد. در این شیوه آب را جوشانده و بخار آب را به ظروف دیگری انتقال میدهند. دمای جوش در آب چکیده پایینتراز آب معمولی است.
روش های مختلفی برای تولید آب مقطر وجود دارد:
-1 جوشاندن و تقطیر کردن-2 عبور آب از روی رزین -3 تصفیه بوسیله فیلترهای اسمز معکوس و نانو فیلتر، البته می توان روش های بالا را با هم و یا جدا از هم استفاده نمود. که دارای فرمول شیمیایی H2O می باشد.
فرآیند انجام واکنش تغییر رنگ
برای انجام تغییر رنگ مواد شیمیایی پتاسیم یدات و سدیم بی سولفیت طبق فرمول شیمیایی زیر عمل می کنیم:
20KIO 3 + 60NaHSO3 10 I2 + 30Na2So4 + 20H2 So4 + 10K2So4 + H2O
