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安全气囊这类重要的被动安全装置的运行同样基于化学反应。
1951年,德国的沃尔特·林德勒(WalterLinderer)申请了第一个“在发生危险时能自动充气膨胀的折叠式充气容器”
的专利。
同年,美国人约翰·W.海德里克(JohnW.Hedrik)也产生了类似的想法,并于1953年申请了发明专利。
这些原始的安全装置由一个气囊组成,在发生撞击时,里面的压缩空气会使气囊膨胀。
但这种气囊的主要缺陷就是膨胀速度太慢。
在发生事故时,气囊必须非常迅速地膨胀起来才能起到有效的保护作用。
我们通过用小型爆炸装置代替压缩空气系统解决了这一问题,而这也是至今仍在使用的技术。
现代安全气囊基本上有以下几个部件:传感器,可以检测到由于撞击引起的突然减速;电子控制单元,接收传感器信号并启动雷管;雷管中电流通过白炽电阻产生热量,引爆胶囊中的低烈度炸药;爆炸释放出的大量气体使气囊充气;气囊的后部有孔,可在随后放出气体。
在一些混合型气囊中,爆炸时还会释放出装在第二个胶囊中的压缩惰性气体。
常用的爆炸药剂是叠氮化钠(Sodiumazide)。
它是一种含有钠和氮的二元化合物(结构式见图14),化学式为NaN3,呈白色固体,无味,有剧毒。
在常温下性质稳定,但当它被加热到300℃左右时就会发生剧烈爆炸,分解出金属钠和氮气,其化学反应式为:2NaN3→2Na+3N2。
图14 叠氮化钠的结构式
正是释放出来的大量氮气充斥着气囊袋。
另外,生成的金属钠化学活性很强,如果不处理可能会引起其他的问题。
所以我们会让它与合适的试剂反应,立即转化为化学性质不活泼的硅酸钠。
叠氮化钠的爆炸使安全气囊以约320千米小时的速度在30~50毫秒的时间内迅速膨胀,这可能会使驾驶员或乘客的头部受到强烈的后推力。
因此,一定要系好安全带,座位上的头枕要有适当的厚度和形状,防止脑挫伤。
安全气囊一旦使用就必须更换,不能重复使用。
20世纪60年代汽车安全气囊开始使用,但直到80年代以后才得到大规模推广,最开始汽车只使用了正面安全气囊装置,后来还增加了侧面的防撞安全气囊。
根据一些统计数据,安全气囊的使用使正面撞击的死亡率降低了30%。
所有因安全气囊而活下来的人,都应该感谢安全气囊里的这个化学反应。
● 玩具与化学
停好车后你还得走上几百米才能到办公室。
途中你经过一家文具店,里面也卖玩具。
幸好这家店已经开门了,而今天你是提前出门,所以时间还早。
你想趁机去逛一逛,因为你想带一份礼物回去送给你儿子,他昨天在学校里的考试取得了好成绩。
你走进去开始四处挑选。
现在几乎所有的玩具都是由塑料制成的,你不禁会想到这些合成材料的背后有多少化学知识呀!
我们将在第三章第2节中更详细地讨论塑料。
店里有一个架子是专门用来摆放老式玩具的,就跟你小时候玩过的那些一样,这些玩具现在依然很受孩子们的欢迎。
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