کیسه های هوا

چکیده: در ادامه مبحث استوکیومتری به مرور کاربردهای آن به ویژه در صنایع خودروسازی می پردازیم. طراحان خودرو از استوکیومتری برای افزایش ایمنی و بازده موتورها و کاهش آلودگی محیط زیست استفاده می کنند. در واقع افزایش ایمنی ناشی از کاربرد کیسه های هوا در خودروها و بازده بالای ناشی از بهسوزی سوخت، آن هم با کمترین آثار تخریبی روی محیط زیست، به رعایت اصول استوکیومتری وابسته است.

شرح درس:
کیسه های هوای خوردو طی سالیان طولانی در حال توسعه بوده اند و در جهت افزایش ایمنی سرنشینان طراحی و تولید شده اند. در دهه٨٠ اولین کیسه هوای تجاری شده در خوردو کار گذاشته شد و از سال ١٩٩٨وجود کیسه های هوا در سمت راننده و سرنشین جلو در امریکا الزامی شده است.

هنگام برخورد شدید خودرو، کیسه هایی که در قسمت جلوی خودرو تعبیه شده اند به سرعت توسط حجم زیاد ولی کنترل شده ای از گاز نیتروژن پر می شوند و از برخورد سرنشینان به شیشه و قسمت جلویی اتاق جلوگیری می کنند.

• کارایی این مجموعه به تولید گاز کافی در کمترین زمان ممکن بستگی دارد.

حسگرهایی که در قسمت جلوی خودرو تعبیه شده اند، در هنگام برخورد شدید، فعال شده و باعث انفجار یک کلاهک کوچک می شوند. در اثر این انفجار انرژی مورد نیاز برای آغاز واکنشی به نام مولد گاز تامین می گردد. در این واکنش سدیم آزید تجزیه شده و گاز نیتروژن تولید می شود.

البته این واکنش به تنهایی نمی تواند باعث پر شدن ناگهانی کیسه ها شود. هم چنین سدیم فلزی تولید شده در این واکنش، ماده فعال و خطرناکی است. در راستای حل این مشکل از واکنش بسیار سریع آهن (II) اکسید با سدیم فلزی استفاده می شود.

در طی این واکنش اثر خطرناک فلز فعال سدیم خنثی شده و دما به طور ناگهانی تا بیش از یک صد درجه بالا می رود و باعث انبساط سریع گاز درون کیسه ها می شود. سدیم اکسید (Na₂O ) حاصل نیز به علت خاصیت بازی بی خطر نیست اما بر اثر مجاورت با کربن دی اکسید و رطوبت هوا به سدیم هیدروژن کربنات که ماده ای بی خطر است، تبدیل می شود.

نکته: حجم گاز مورد نیاز برای پر کردن کیسه های هوا با حجم مشخص، به چگالی گاز وابسته است که آن هم به دما بستگی دارد.

برای محاسبه مقدار گاز مورد نیاز برای پر کردن کیسه های هوا، طراحان باید استوکیومتری واکنش ها و تغییرات انرژی آنها را که باعث تغییر دما و نهایتا تغییر چگالی گازها می شوند، به خوبی بشناسند.

گرچه تمامی این فرایند تنها در یک بیست و پنجم ثانیه رخ می دهد و کیسه های هوا با سرعت ٣٢٢ کیلومتر در ساعت از هم باز می شوند، ولی همین زمان برای جلوگیری از یک جراحت جدی کافیست. مطالعات نشان می دهند که در یک برخورد، سرنشینانی که توسط کمربند ایمنی و کیسه هوا محافظت می شوند، ٥٠ درصد کمتر از سرنشینان مهار نشده دچار آسیب های مرگبار خواهند شد.