Sustainable combustion Chemistry

Un neutrone è formato da due quark down e un quark up. Il nucleo non è costante, ma in periferia decade, ciò implica che fino ad un certo valore del raggio si ha densità costante che va diminuendo in periferia.

Si è visto che l'energia di legame risulta essere più forte se il numero di neutroni è pari e si ha più stabilità.

Per identificare la struttura del nucleo possiamo utilizzare tre metodi:

1. Metodo del potenziale medio: Consideriamo una valle di potenziale in cui sono sistemati i livelli energetici divisi a loro volta in livelli dedicati ai protoni e dedicati ai neutroni: quando questi livelli saranno pieni si avrà stabilità. Questo metodo è definito potenziale medio perché si va a considerare l'energia potenziale del nucleo. Infatti, i nucleoni non riescono a fuoriuscire dalla valle di potenziale.
2. Metodo della densità di carica: Si considera la distribuzione di carica all'interno del nucleo. Si osserva che la densità di carica diminuisce verso la periferia del nucleo.
3. Metodo delle energie di legame: Si calcolano le energie di legame dei nucleoni all'interno del nucleo. Si osserva che l'energia di legame è massima quando il numero di neutroni è pari.

Quando il numero di neutroni è dispari, un neutrone tende ad andare verso il

livello energetico più basso cedendo un e- e formando ↓qformando un protone. -e↓4Ciò spiega perché a Z bassi il numero di neutroni è uguale al numero di ↓4neutroni, se questi fossero diversi si avrebbe decadimento. V↓Dal grafico possiamo vedere che sono più stabili gli atomi che Bpresentano una forza di legame maggiore: AA destra abbiamo il picco dove gli elettroni tendono afissionarsi per avere massa stabile FISSIONEA sinistra gli atomi tendono a fondersi FUSIONE A2) Modello a gocciaNel modello a goccia si Vanno a spiegare i dati sperimentali del grafico riportato sopra.Il nucleo è rappresentato da una goccia d’acqua che tende a formarsi spontaneamente per il legame dipolo-dipolo.3) Modello a gusci concentriciSecondo il modello a goccia l’andamento del potenziale in base a N sarebbe del tipo:In realtà i dati dicono altro: dai dati sperimentali si evidenzia cheesistono dei numeri di nucleoni definiti

numero magici che aumentano la stabilità di un elemento. Questi numeri sono: 20, 28, 50, 82, 126.

I livelli energetici corrispondono ad orbitali energetici che formano il guscio dell'atomo e lo stesso avviene per il nucleo. Il gap energetico tra due livelli aumenta spostandosi verso l'esterno, abbiamo dei gap che separano i livelli energetici che risultano essere molto grandi quando il guscio più vicino al gap è pieno e si ha stabilità. Questi livelli sono detti numeri magici.

Come per gli elettroni possiamo utilizzare la lunghezza d'onda e quella al quadrato per descrivere le probabilità di trovare i nucleoni.

BRUCIATORE CON DUE TUBI COASSIALI: NEL TUBO PIÙ PICCOLO FLUISCE COMBUSTIBILE E IN QUELLO PIÙ GRANDE COMBURENTE, DESCRIVERE L'EFFETTO DELLA PRESSIONE SULLA STRUTTURA DELLA FIAMMA CONSIDERANDO CHE NON C'È MISCELAZIONE TRA COMBUSTIBILE E COMBURENTE 02

Analizziamo un reattore costituito come segue:

i combustibili non sono miscelati tra loro, se però ipotizziamo che la diffusione sia molto veloce, possiamo considerare che quando escono dal tubo, essendoci una mutuale diffusione, avremo una miscela e poi una reazione. Potrebbe succedere che la diffusione non sia così veloce e si avrà la seguente situazione: Puregudig La differenza tra questi due fenomeni è data dalla pressione. La VfO2 dipende da ro^2 mentre la diffusione ha dipendenza lineare dalla pressione. I PIgiamma fiamme diffusa pre-riscaldata. In conclusione, per basse pressioni la diffusione è più veloce della velocità di reazione e viceversa ad alte pressioni.

EFFICIENZA REALE E TEORICA SOFC E PEFC

Per una cella che opera con gas contenenti solo le specie elettrochimicamente attive o inerti, l'efficienza elettrochimica è: Eel= EIEvEr. In caso di altre specie combustibili si aggiunge un termine che tiene conto di esse e che è

legato al PCI diciascuna specie: PCI delle specie coinvolte nellasi·se produzione di energia di PCI di ciascuna specie combustibileeDH-TDSAG =SOFC

Le celle ad ossidi solidi non lavorano a basse temperature perché sono realizzate con materiali isolanti che a basse temperature non conducono, per cui l’efficienza aumenta all’aumentare della temperatura. Tuttavia, aumentando troppo la temperatura diventa predominante la condizione elettrochimica, quindi l’efficienza cala per eventuali corto circuiti a causa di conduttività elettrolitica nell’elettrolita.

PEFC Segue lo stesso andamento delle SOFC, ma in questo caso la caduta di efficienza è legata al fatto che ad alte temperature la membrana elettrolitica (Nafion) diventa secco e non conduce più. L’efficienza termodinamica diminuisce all’aumentare della temperatura, invece la vera efficienza aumenta all’aumentare della temperatura perché cresce la diffusione.

Ptsia la membrana di Nafion

Nel tempo, la prestazione della cella diminuisce perché si perde la nanomorfologia del catalizzatore: il Pt tende ad agglomerarsi e la sua efficienza elettrocatalitica decresce all'aumentare del diametro. Inoltre, anche l'avvelenamento in presenza di CO diminuisce il rendimento: il CO si lega con il Pt riducendo il numero dei siti attivi di reazione e aumentando la sovratensione di trasformazione di carica.

La membrana di Nafion è caratterizzata da una conducibilità elettrica dipendente da temperatura e umidità relativa.

Affinché si abbia una buona conducibilità elettrica (0.01 Scm^-1), l'umidità relativa della membrana deve avere un valore compreso tra 80-98%. Sotto questo limite la membrana perde il suo potenziale conduttivo, mentre sopra il limite del 100% la membrana raggiunge un livello di umidità tale per cui i pori dello strato catalitico si allagano dando origine al fenomeno di flooding.

Per cui è difficile per i reagenti gassosi introdursi nei pori del gas diffusion layer e del catalyst laser e quindi entrare in contatto con la superficie attiva dei catalizzatori. Tanto la temperatura è maggiore e tanto più alto sarà il rischio di drying della membrana: tanto maggiore è la temperatura tanto maggiore è la pressione di vapore saturo quindi la capacità dell'aria di strappare acqua dalla membrana.

CORRENTI ANODICHE E CATODICHE, FORZA DI SCAMBIO ELETTRODO-ELETTROLITA, SCELTA DEL CATALIZZATORE CON IL GRAFICO A VULCANO

Nell'elettrodo (conduttore elettrico) ci sono due bande energetiche:

• banda di valenza piena di elettroni
• banda di conduttanza vuota

Energia di fermi: si ha il 50% di probabilità di trovare un elettrone.

Nel caso di soluzione elettrolitica, l'interpretazione è simile: si hanno due curve a campana che definiscono il livello energetico per sostanze ridotte ed ossidate: le ridotte hanno