Vraag 25Vonkremmers
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bereken eerst per schakelaar de bijdrage aan het broeikaseffect met de GWP-waarde en de massa van de stof.
- In de tekst staat welke stof en welke hoeveelheid er in de standaardschakelaar zit en in de praktijkproef.
- Daarna vergelijk je de twee bijdragen en druk je het verschil uit als deel van de bijdrage van de standaardschakelaar.
Hier verliezen leerlingen punten
- Alleen het eindantwoord opschrijven levert geen volledige punten op, dus laat ook de tussenstappen zien.
- Bij het gasmengsel reken je alleen met de massa Novec, niet met de massa van het hele mengsel.
- Vergeet het procentteken niet bij je eindantwoord, want er is naar een percentage gevraagd.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Bij hoogspanningsschakelaars en windturbines ontstaan er soms grote vonken als de stroom wordt in- en uitgeschakeld. Deze vonken geven storingen op het elektriciteitsnet en kunnen apparatuur beschadigen. Daarom zitten de contactpunten van dergelijke schakelaars in een behuizing die gevuld is met een vonkremmend gas. Een vonkremmend gas heeft een hoge doorslagspanning, dat is de spanning waarbij geleiding optreedt (bij bepaalde druk). De geleiding treedt op omdat bij hoge spanning gasmoleculen (X) bij de contactpunten geïoniseerd raken volgens X (g) + e – → X + (g) + 2 e – . Bij lage druk is de doorslagspanning groot.
Een veel toegepast vonkremmend gas is zwavelhexafluoride ( SF ). Dit 6 gas wordt industrieel geproduceerd uit de elementen zwavel en fluor (proces 1). Fluor ( F ) is een giftig en agressief gas. Onderzoekers hebben daarom 2 een andere syntheseroute ontwikkeld (proces 2). De reacties van proces 2 verlopen bij aanzienlijk lagere temperatuur dan bij proces 1. In proces 2 treden drie reacties op: 4 KF + S + 2 Br 2 → SF 4 + 4 KBr (reactie 1) SF 4 + 2 CoF 3 → SF 6 + 2 CoF 2 (reactie 2) 2 CoF 2 + F 2 → 2 CoF 3 (reactie 3) In proces 2 wordt netto geen CoF verbruikt. 3 De vormingswarmte van SF 6 is –12,25·10 5 J mol –1 .
In een brochure staat: “Dit alternatieve proces voldoet beter aan de uitgangspunten van groene chemie dan het standaard industriële proces.”
Zwavelhexafluoride is niet giftig, maar het is wel een sterk broeikasgas. Het is mogelijk om zwavelhexafluoride in hoogspanningsschakelaars te vervangen door andere stoffen, zoals Novec™ 4710 ( C F N ). 4 7 Deze stof wordt in enkele stappen gemaakt. In het totale proces zijn de beginstoffen hierbij methylpropaanzuur, HF en NH . 3 De andere stoffen die worden gevormd, zijn waterstof en water. Bij de omzettingen blijft het koolstofskelet gelijk, maar wordt de COOH -groep omgezet tot een CN -groep.
In experimenten met zuiver Novec™ 4710 werd de spanning op de contactpunten zo hoog opgevoerd, dat er toch een elektrische ontlading plaatsvond in de schakelaar. Het bleek dat hierbij ontleding van Novec™ 4710 tot de elementen optreedt. Deze reactie treedt pas op bij zeer hoge waardes van de toegevoerde energie. De vormingswarmte van Novec™ 4710 is –33·10 5 J mol –1 . In de figuur zie je enkele mogelijke energiediagrammen van deze omzetting. figuur P Q R S
Let op: de laatste vraag van dit examen staat op de volgende pagina. Een standaard schakelaar bevat 60 kg zuiver SF . In een praktijkproef 6 konden vergelijkbare vonkremmende resultaten worden bereikt door een gasmengsel van stikstof en Novec™ 4710 te gebruiken met daarin 20,8 kg Novec™ 4710. De mate waarin een stof bijdraagt aan het versterkt broeikaseffect wordt uitgedrukt in de GWP (global warming potential). De GWP van een stof is gedefinieerd als het opwarmingsvermogen van 1,0 kg van de stof in vergelijking met 1,0 kg CO , berekend over een periode van 100 jaar. 2 Om te berekenen welke winst er wordt gehaald met het oog op het broeikaseffect, gaat men uit van een situatie waarbij alle gas uit de schakelaar ontsnapt. Hierbij wordt de bijdrage aan het broeikaseffect omgerekend naar overeenkomende massa CO -uitstoot. 2 De GWP-waarde van SF is 22 800 terwijl Novec™ 4710 een 6 GWP-waarde van slechts 2100 heeft.
Bereken met hoeveel procent de bijdrage aan het broeikaseffect daalt in de praktijkproef.