فيديو السؤال: فهم كيفية عمل الطلاءات المكونة من الجسيمات النانوية على النوافذ الذاتية التنظيف الكيمياء

نسخة الفيديو النصية

كيف تعمل الطلاءات المكونة من الجسيمات النانوية على النوافذ الذاتية التنظيف؟ أ: تولد الطلاءات المكونة من الجسيمات النانوية الكهرباء التي تعمل على تشغيل الماسحات المدمجة بالنوافذ. ب: تتحرك الجسيمات النانوية الموجودة في الطلاءات المكونة من الجسيمات النانوية إلى اليسار واليمين، ويعمل ذلك على تنظيف الزجاج. ج: الطلاءات المكونة من الجسيمات النانوية طلاءات غير قابلة للالتصاق، ويمنع ذلك الأتربة من الالتصاق بالزجاج. د: تحفز الطلاءات المكونة من الجسيمات النانوية عملية تفكك الأتربة في وجود ضوء الشمس.

تتكون الطلاءات المكونة من الجسيمات النانوية من طبقة رقيقة من الجسيمات النانوية يطلى بها سطح المادة لغرض معين؛ مثل جعل النوافذ ذاتية التنظيف. والجسيمات النانوية جسيمات يتراوح حجمها أو قطرها ما بين نانومتر واحد و100 نانومتر. وحجم هذه الجسيمات الصغير للغاية، أو كبر مساحة سطحها بالنسبة إلى حجمها، يمنحها خواص فريدة. ويعني كبر مساحة السطح بالنسبة إلى الحجم أن ثمة مساحة سطح كبيرة معرضة للتفاعل. بعبارة أخرى: كلما كانت الجسيمات أصغر، أو كان حجمها أقل، زادت مساحة السطح المعرضة للوسط المحيط، والمعرضة للجسيمات المتفاعلة التي قد تتفاعل مع الجسيمات النانوية أو تتداخل معها.

نظرًا لأن الجسيمات النانوية تتسم بكبر مساحة السطح بالنسبة إلى الحجم، فإنها يمكن أن تتداخل مع المتفاعلات بمعدل سريع، وتزيد من معدل التفاعل الكيميائي. وعليه، يمكن للجسيمات النانوية أن تكون عاملًا حفازًا. والعامل الحفاز هو أي مادة تزيد من معدل التفاعل دون أن تتعرض لتغير كيميائي دائم. ثمة أنواع كثيرة من الجسيمات النانوية يمكن أن تكون عوامل حفازة، ويتكون بعضها من مركب أكسيد فلز، وتعرف باسم جسيمات أكسيد الفلز النانوية.

ويعد ثاني أكسيد التيتانيوم ‪TiO2‬‏ مثالًا محددًا على جسيمات أكسيد الفلز النانوية. وأحيانًا، توضع الطلاءات المكونة من جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية على النوافذ لجعلها ذاتية التنظيف. ولعلنا نعرف ثاني أكسيد التيتانيوم من أشياء أخرى مثل الدهانات اللامعة، ومعجون الأسنان، والكثير من المنتجات اللامعة الأخرى.

كيف تساعد هذه الجسيمات النانوية إذن على تنظيف النوافذ ذاتيًّا؟ في صناعة الزجاج، إذا طليت نافذة زجاجية بطبقة رقيقة من جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية، يمكن أن تعمل هذه الجسيمات بوصفها عوامل حفازة. وعندما تتداخل الجسيمات مع الأشعة فوق البنفسجية أو ضوء الشمس، تنتج إلكترونات. وبعد ذلك، تحول هذه الإلكترونات جزيئات الماء من الهواء إلى شقوق هيدروكسيل، تشبه مجموعة الهيدروكسي أو مجموعة الهيدروكسيل، باستثناء أن أحد إلكترونات الأكسجين يظل منفردًا. بعد ذلك، تتفاعل شقوق الهيدروكسيل مع الأتربة المكونة من الكربون الموجودة على النوافذ، وتعمل على تكسيرها. وتتفكك الجسيمات الكبيرة من الأتربة إلى جسيمات أصغر. ويزيل ماء المطر هذه الجسيمات الصغيرة بسهولة أكبر مما لو لم تتفكك.

ولعلنا لاحظنا أن الخيار الوحيد الذي يطابق هذا الوصف هو الخيار د. تحفز جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية تفكك الأتربة في وجود ضوء الشمس. وجسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية لا يمكن أن تولد كهرباء. إذن، الخيار أ خطأ. وجسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية لا تتحرك من جانب إلى آخر؛ لذا، فإن الخيار ب خطأ. والطلاءات المكونة من ثاني أكسيد التيتانيوم تكون محبة للماء عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية، ولا تكون غير قابلة للالتصاق أو كارهة للماء؛ وعليه، فإن الخيار ج ليس صحيحًا أيضًا.

إذن، كيف تعمل الطلاءات المكونة من الجسيمات النانوية على النوافذ الذاتية التنظيف؟ الإجابة هي الخيار د: تحفز الطلاءات المكونة من الجسيمات النانوية عملية تفكك الأتربة في وجود ضوء الشمس.