РАССОХИН Р. В.,ГБОУ СОШ № 000
Охлаждающие жидкости
Вещество | К ( 0 С) |
вода | 1,85 |
бензол | 5,1 |
циклогексан | 20,0 |
камфора (расплав) | 40,0 |
В 1788 году английский физикохимик и военный врач Чарльз Благден опубликовал «Опыты над способностью некоторых веществ понижать температуру замерзания воды». Ученый установил, что понижение температуры замерзания ΔТз раствора не зависит от химической природы растворенного вещества, а зависит только от его концентрации: ΔТз = Кс, где К – константа замерзания (показывает на сколько градусов изменится температура замерзания, если внести 1 моль вещества в 1 кг указанного растворителя), характерная для данного растворителя, а с – концентрация, выраженная в молях растворенного вещества в 1000 г растворителя.
Понижение температуры кристаллизации при образовании растворов находит разнообразное практическое применение. Например, для охлаждения в зимних условиях двигателей внутреннего сгорания вместо воды используют антифриз (от англ. «antifreeze» – незамерзающий).
Двигатель внутреннего сгорания необходимо охлаждать для обеспечения нормального теплового режима работы его узлов и деталей. В процессе работы жидкость может нагреваться до 100°C и иногда выше, а на стоянке остывать до температуры окружающего воздуха. От свойств жидкости во многом зависит эффективность системы охлаждения, надежность и долговечность двигателя. Она должна иметь высокую теплоемкость, теплопроводность, температуру кипения, подвижность, а также низкую температуру кристаллизации и коэффициент объемного расширения, не должна вызывать коррозию металлов, разрушать резину уплотнений и вспениваться в процессе работы. Наиболее распространены антифризы на основе смесей воды и этиленгликоля (С2Н2(ОН)2), температура замерзания которого -13,2 0С.
Иногда применение антифриза спасает положение не только в мороз, но и в жару. Растворы кипят при более высокой температуре, чем вода. Клапан в пробке радиатора открывается при давлении 0,05 МПа, при таком давлении антифриз закипает при температуре 118-120 0С. При движении по горной или песчаной дороге такая прибавка может оказаться существенной!
Определенные марки антифризов, готовых к использованию, и концентратов, требующих разбавления дистиллированной водой перед применением, производят по техническим условиям, где оговаривается состав и наличие присадок, смешиваемость жидкостей и их цвет. Изготовители присваивают им различные названия, например «Тосол», «Лена», «Лада» «Антифриз G-48» и (или) указывают температуру кристаллизации: ОЖ-40, ОЖ-65, А-40 и т. п.
1) 10 | 2) 15 | 3) 20 | 4) 5 |
2. Вася решил проверить, действительно ли соленая вода может всю зиму простоять на балконе и не замерзнуть. Для этого Вася растворил в десятилитровом ведре с водой стакан поваренной соли и оставил его на балконе. 7 января температура воздуха опустилась ниже отметки 25 0С. Вася выглянул в окно и увидел, что вода покрылась коркой льда. На основании этого он решил, что
1) | |
2) | |
3) | |
4) |
3. Рассчитайте концентрацию раствора антифриза, который можно использовать на крайнем севере, где среднемесячная температура зимой составляет – 49,3 0С
Элементы ответа: | Баллы |
1) Приведены расчеты с использованием формулы из текста ΔТз = -13,2 – (-49,3) = 36,1 с = ΔТз : К = 36,1:1,85 = 19,5 (моль) m = n х M(С2Н2(ОН)2) = 19,5 х 60=1170 (г) ω = mв-ва : mр-ра x 100% = 1170:2170 х 100% = 54% | 1 |
2) С учетом возможных колебаний температуры, следует использовать несколько более высокую концентрацию, например, 60% | 1 |
Максимальный балл | 2 |
4. Известно, что объем жидкости при хранении в открытом сосуде постепенно уменьшается в результате ее испарения. Если же сосуд закрыт плотно, то изменение объема заметить практически невозможно, потому что происходят взаимно противоположные процессы – испарение и конденсация. Из этого следует, что над поверхностью жидкости всегда находится насыщенный пар, состоящий из тех же молекул, что и сама жидкость и оказывающий давление на эту жидкость. Если в жидкости растворить какое-либо вещество, то число молекул жидкости в единице объема уменьшится и их меньше будет испаряться, что приведет к уменьшению давления насыщенного пара. Это означает, что давление пара над раствором всегда меньше, чем над чистым веществом. Если жидкое вещество замерзает, то давление пара над ним не меняется.
На рисунке изображены кривые, которые показывают, как изменяется давление насыщенного пара надо льдом (1), водой (2) и растворами этиленгликоля различной концентрации (3 и 4).
Можно ли утверждать, что:
Точка пересечения кривых 2-4 с кривой 1 соответствует началу кристаллизации жидкости | Да/нет |
При понижении температуры замерзания раствора давление пара увеличивается | Да/нет |
С увеличением концентрация растворенного вещества температура замерзания раствора понижается | Да/нет |
Растворы замерзают при более высокой температуре, чем растворитель | Да/нет |
Температура замерзания раствора зависит от давления | Да/нет |
Смесь этиленгликоля с водой характерна тем, что температура ее кристаллизации зависит от соотношения этих двух составляющих. У смеси она значительно ниже, чем по отдельности у воды и этиленгликоля. При различных пропорциях можно получить растворы с температурой кристаллизации от 0 до -75°С.
Температура кристаллизации и кипения, а также плотность смеси этиленгликоля и воды в зависимости от содержания в ней этиленгликоля представлены на рисунке.
1) | более 70% |
2) | приблизительно 65% |
3) | менее 50% |
4) | примерно поровну |
1. Самое низкое значение температуры замерзания соответствует составу, в котором этиленгликоля
Как видно из графика, одну и ту же температуру замерзания можно получить при двух значениях соотношений этиленгликоля и воды. Если бы вы являлись производителем антифризов для эксплуатации автомобиля в средней полосе России, то какой состав смеси «этиленгликоль:вода»(в %) был бы для вас оптимальным?1) 40 : 60 | 2) 90 : 10 | 3) 52 : 48 | 4) 82 : 18 |
Обоснуйте свой выбор: 1) _______________________________________
2) _______________________________________
Ответ 3, так как 1) температура может опуститься ниже 30 0С, поэтому нужен некоторый запас
2) Экономически выгодно(дешевле) использовать смесь с большим количеством воды, чем этилена
Требования к антифризам в России установлены по ГОСТу «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия». Стандарт нормирует основные показатели охлаждающих жидкостей на основе этиленгликоля: внешний вид, плотность, температуру начала кристаллизации, коррозионное воздействие на металлы, вспениваемость, набухание резины и т. д.
Все ли соответствует ГОСТу? И все же аргументированно рассуждать о качестве антифриза или тосола можно только после длительных и трудоемких испытаний на взаимодействие с металлами: медью, припоем, латунью (так называемая «группа радиатора»), а также сталью, серым чугуном и алюминием («группа двигателя»). Их результаты позволяют судить о важнейшем потребительском качестве охлаждающей жидкости — коррозионной агрессивности. Проводятся такие тесты на испытательной базе лабораторий, имеющих аккредитацию Госстандарта. Таким путем мы и пошли.
Норма* | 1 | 2 | 3 | 4 | 8 | 9 | |
Плотность, г/см3 | 1,065—1,085 | 1,082 | 1,071 | 1,078 | 1,070 | 1,066 | 1,073 |
Температура начала кристаллизации, °С | не выше –40 | –43 | –37 | –49 | –36 | –32 | –44 |
Водородный показатель (pH) | 7,5—11,0 | 8,62 | 7,65 | 7,81 | 7,78 | 7,69 | 7,78 |
Щелочность, см3 | не менее 10 | 13,6 | 17,2 | 12,7 | 17,1 | 11,5 | 12,2 |
Коррозионное воздействие на металлы, г/м2•сут. | |||||||
Медь М1 | не более 0,1 | 0,02 | 0,03 | 0,02 | 0,03 | 0,01 | 0,05 |
Припой ПОС 40-2 | не более 0,2 | 0,20 | 0,08 | 0,20 | 0,05 | 1,07 | 0,19 |
Латунь Л63 | не более 0,1 | 0,05 | 0,02 | 0,04 | 0,02 | 0,13 | 0,05 |
Сталь 20 | не более 0,1 | 0,01 | 0,02 | 0,00 | 0,06 | 0,01 | 0,05 |
Чугун СЧ 24-44 | не более 0,1 | 0,01 | 0,01 | 0,00 | 0,01 | 0,03 | 0,04 |
Алюминий АЛ9 | не более 0,1 | 0,03 | 0,01 | 0,05 | 0,05 | 0,19 | 0,03 |
* По ГОСТ 28084 для охлаждающей жидкости ОЖ-40 (рабочая жидкость с температурой начала кристаллизации не выше –40°С).
