Хемија на воздушното перниче

Најдобар пример за тоа колку е важно проучувањето на брзините на хемиските реакции!

Airbag е систем за спасување  на патниците на возилото што користи т.н  воздушно перниче, дизајнирано да се надува екстремно брзо, а потоа брзо да се издува за време на судир. Се состои од перниче за надувување, флексибилна  ткаенина, модул за надувување и сензор за удар. Целта на воздушното перниче е да му обезбеди на патникот на возилото меко амортизирање и задржување при судир. Може со сигурност  да ги намали повредите на патникот од удар со  внатрешноста на возилото.

Секој уред обично се активира со еден или повеќе пиротехнички средства, вообичаено наречени иницијатори или електрични запалки. Тие се состојат од електричен проводник обвиткан во запалив материјал, кој  се активира со струен пулс помеѓу 1 и 3 ампери за помалку од 2 милисекунди. Кога проводникот станува доволно жежок, тој го запалува запаливиот материјал, што го иницира генераторот на гас. Во воздушното перниче, иницијаторот се користи за палење на цврстото гориво во внатрешноста на надувувачот на воздушните перничиња. Запаленото гориво генерира инертен гас кој брзо го надувува воздушното перниче за приближно 20 до 30 милисекунди. Ако воздушното перниче се активира премногу доцна или премногу бавно, ризикот од повреда на патникот од контакт со воздушното перниче што се надува може да се зголеми.

Шема на уредот:

1. Кога автомобилот удира во нешто, тој почнува да забавува (губи брзина) многу брзо.
2. Акцелерометар (електронски чип што мери забрзување или сила) ја детектира промената на брзината.
3. Ако забавувањето е доволно големо, акцелерометарот го активира колото на воздушните перничиња. Нормалното сопирање не создава доволно сила за да го направи ова.
4. Колото на воздушното перниче пушта електрична струја низ грејниот елемент
5. Грејниот елемент  го пали хемискиот експлозив.
6. Како што гори експлозивот, тој генерира огромно количество безопасен гас (обично или азот или аргон) кој го исполнуваперничето спакувано зад воланот.
7. Како што перничето се шири, таа го турка пластичниот капак од воланот и се надува пред возачот. Тоа  е обложено со некоја супстанца како што е талк во прав за да може непречено да се одвитка.
8. Возачот (се движи напред поради ударот) го турка перничето. Ова прави перничето да се издува бидејќи гасот што го содржи излегува низ мали дупки околу неговите рабови. До моментот кога автомобилот ќе застане, тоа треба целосно да се издува.

Постарите системи на воздушни перничиња содржеле смеса од натриум азид (NaN₃), KNO₃ и SiO₂. Вообичаеното воздушно перниче од возачката страна содржи приближно 50–80 g NaN₃, а поголемото воздушно перниче од страната на совозачот содржи околу 250 g. Во рок од околу 40 милисекунди од ударот, сите овие компоненти реагираат во три одделни реакции кои произведуваат азотен гас.

Реакциите по редослед се следни:

(1) 2 NaN₃ → 2Na + 3 N₂(g)

(2) 10Na + 2 KNO₃ → K₂O + 5Na₂O + N₂(g)

(3) K₂O + Na₂O + 2 SiO₂ → K₂SiO₃ + Na₂SiO₃

Првата реакција е разградување на NaN₃ под висока температура  користејќи електричен импулс( 300°C). 130 грама азид даваат околу 70dm³ N₂

Натриумот е високо реактивен метал, па KNO₃ и SiO₂ реагираат со него за да го елиминираат и за производство на повеќе N₂ гас.

Конечната реакција се користи за да се елиминира K₂O и Na₂O произведени во претходната реакции бидејќи овие  оксиди се високо реактивни. Овие производи  реагираат  со SiO₂ при што се добива силикатно стакло, кое е безопасно и стабилно соединение.

Причината што KNO₃се користи наместо NaNO₃ е поради тоа што е помалку хигроскопен. Многу е важно материјалите што се користат во оваа реакција да не се хигроскопни бидејќи апсорбираната влага може да го десензибилизира системот и да предизвика неуспех на реакцијата.

Проблем:Натриум азид е неорганско соединение со формула NaN₃,  јонска супстанца, многу  растворлива во вода и многу отровна.Поради опасноста од експлозија, натриум азидот има само ограничена вредност во органската хемија во индустриски размери,но сепак е повеќе стабилен од оловниот и сребрениот азид, кои се користат како детонатори,т.е примарни експлозиви!

Се прават напори да се најдат алтернативни соединенија кои може да се користат во воздушните перничиња, a кои имаат помалку токсични реактанти.

Други алтернативи на воздушните перничиња со NaN₃се материјалите што генерираат гасови, како гванидин нитрат, 5-аминотетразол, битетразолдихидрат, нитроимидазол и базенбакар(II)нитрат. Откриено е дека овие не-азидни реагенси овозможуваат помалку токсични, пониски температурни реакции на согорување и полесен систем за надувување на воздушните перничиња за еднократна употреба.

Гванидин нитрат

Пример, експлозивното распаѓање на гванидин нитрат е дадено со следнава равенка:

H₆N₄CO₃(s) → 3 H₂O(g) + 2 N₂(g) + C(s)