Пічугіна Г, Папа купив автомобіль, Журнал «Хімія» № 22
Ці слова із популярної колись пісні знайомі багатьом із вас. Як ви пам'ятаєте, ця пісенька про кумедні пригоди власника дуже старого автомобіля. Такі пригоди знайомі багатьом українським автомобілістам – старий автомобіль вимагає турботи та уваги та обов'язково знання хімії, без чого неможливо боротися з корозією, правильно підібрати ґрунтовку, фарбу та розчинники під час фарбування кузова. Не варто говорити, що новий автомобіль – це справжній хімічний реактор на колесах. Тож і власник нового автомобіля не може дозволити собі розкоші не цікавитись хімією, тому що контроль складу вихлопних газів – обов'язкова процедура при техогляді, а це вже чиста хімія. Ми пропонуємо подивитися на проблеми автомобілістів очима хіміка. Можливо, такий погляд допоможе зробити багато проблем більш вирішальним.
Завдання 1. Накачування автомобільних камер – процес суто фізичний. Але й хімік може відповісти на запитання: чому в морози бажано сильніше накачувати камери, а з настанням теплої погоди їх трохи спускати?
Завдання 2. Зараз на ринку є вибір антифризів - рідин для охолодження двигуна, які стійкі до замерзання. Але якщо ви опинилися в ситуації, що антифриз придбати ніде, а вам необхідно залити його в систему охолодження, то можна приготувати саморобний сольовий антифриз – розчин, що замерзає при температурі –45 °С і містить (в %): CaCl2 – 32, NaCl – 7, H2O - 61.
Розрахуйте скільки солей і води треба взяти, щоб залити в систему охолодження автомобіля «Жигулі», об'єм якої становить приблизно 6 л.
Завдання 3. Уявіть собі, що під час тривалого автопробігу лісовими дорогами вам необхідно залити в радіатор свіжу воду. Природнавода в цій місцевості тільки джерельна та кринична, дуже жорстка.
Як пом'якшити воду для радіатора в похідних умовах, не маючи під рукою ніяких реактивів?
Завдання 4. Багато хто з вас знає, що до складу рідин для запобігання замерзанню води в радіаторі – антифризів – входять багатоатомні спирти, найчастіше – етиленгліколь.
Які з рідин, які нерідко є в будинку, можна залити в радіатор у безвихідній ситуації?
Завдання 5. Низькозамерзаюча рідина тосол виготовлена на основі етиленгліколю. В інструкціях для автомобілістів зазначено, що перед її заливкою систему охолодження необхідно очистити від накипу. Чому це важливо?
Повторіть за підручником для 10 класу хімічні властивості багатоатомних спиртів.
Завдання 6. Один із найдоступніших способів для пом'якшення води, що заливається в системи охолодження автомобілів, - додавання соди.
Рекомендована доза – 6–7 г кальцинованої соди Na2CO3 на 10 л води. Можна використовувати і кристалічну соду – Na2CO3•10H2O, але у іншій кількості.
Розрахуйте скільки треба взяти останнього реактиву, щоб замінити 6 г кальцинованої соди.
Завдання 7. У вас виникла підозра, що працівники автозаправної станції, де ви постійно купуєте бензин, додають у нього воду.
У вашому розпорядженні є негашене вапно. Чи можна за її допомогою перевірити свої підозри? Чи потрібні для цього ще якісь препарати?
Завдання 8. Це завдання безпосередньо пов'язане з попереднім. Очевидно, що домішка води до бензину погіршує всі характеристики двигуна. А в морозну погоду таке шахрайство може призвести і до тяжких наслідків – двигун взагалі не зможе працювати.
Що може стати причиноюзупинки двигуна у морозну погоду, якщо бензин розбавлений водою?
Завдання 9. Одне з численних правил техніки безпеки для автолюбителів, які звикли самі займатися техобслуговуванням, – ні в якому разі не наближати відкрите полум'я або іскристі дроти до акумулятора з відкритими пробками, оскільки це може призвести до вибух.
Які вибухонебезпечні речовини можуть утворитися в акумуляторній батареї та за рахунок якого процесу?
Завдання 10. Акумуляторні батареї заряджають за допомогою зарядних пристроїв – найчастіше германієвих або селенових випрямлячів електричного струму, підключених до освітлювальної мережі. При цьому дуже важливо не переплутати клеми: клему "плюс" батареї з'єднати з позитивною, клему "мінус" - з негативною клемою випрямляча. Полярність батареї, випрямляча та генератора можна перевірити і без приладів, наприклад, опустивши обидва кінці проводів у воду, підкислену сірчаною кислотою. Тоді негативний провід можна негайно виявити за зовнішніми проявами.
Яким? І чим вони зумовлені?
Завдання 11. Визначити полярність акумуляторної батареї та випрямляча можна за допомогою звичайної картоплини. Щоправда, крім неї вам знадобляться два мідні контакти, які треба встромити у свіжий зріз бульби картоплі на відстані 2–3 мм один від одного, а потім замкнути ланцюг. Тоді біля позитивного дроту м'якоть бульби почне синіти.
За рахунок яких процесів це і яка роль картоплі?
Чи погоджуєтесь ви з таким поясненням?
Завдання 13. Заповнення радіатора автомобіля охолоджувальною рідиною на перший погляд здається дуже простою справою, але і в ньому є чимало тонкощів. Наприклад, тосолом не можна заповнювати радіатор до самого верху, а лише на 2-3 см нижчегорловини. У радіатор необхідно періодично додавати дистильовану воду.
По довідковій літературі познайомтеся з фізичними властивостями етиленгліколю.
Завдання 14. Автомобілісти на практиці нерідко додають до дешевших низькооктанових бензинів різні речовини, що підвищують їх стійкість до детонації. Цю властивість мають насамперед ароматичні вуглеводні, наприклад толуол. У попередні роки, коли в побуті широко використовували нафталін як засіб від молі, до бензобаків додавали і його. Справді, цей прийом дозволяв заправляти автомобіль дешевшим бензином. Але при цьому у автомобілістів виникали інші проблеми.
Чим вони могли бути зумовлені?
Відповіді та рішення
1. Повітря, як і всі гази, розширюється при нагріванні та стискається при охолодженні.
2. Масова частка води у розчині становить 61% (0,61).
У зв'язку з тим, що не відома щільність одержуваного розчину, ми не знаємо його загальної маси. Однак масу розчину m(р-ра) можна визначити відомою масовою частиною води w. Якщо для приготування розчину взяти 6 кг води:
w (H2O) = m(H2O)/m(р-ра) = 6 кг/m(р-ра) = 0,61, то отримаємо m(р-ра) = 9,84 кг.
До складу розчину також входять хлорид кальцію - 9,84 - 0,32 = 3,15 кг, хлорид натрію - 9,84 - 0,07 = 0,69 кг.
3. Спочатку воду треба закип'ятити на багатті, потім зібрати золу від багаття і додати у воду. Потім профільтрувати через тканину або обережно злити верхній шар після відстоювання.
Зола містить значну кількість солі К2СО3, яка тримає в облозі солі кальцію і магнію.
5. Багатоатомні спирти мають слабкі кислотні властивості, тому здатні розчиняти накип, який складається переважно з карбонатів кальцію і магнію, з утворенняметиленгліколятів:
6. Молекулярні маси кальцинованої соди Na2CO3 та кристалічної Na2CO3•10H2O відповідно дорівнюють 106 та 286 г/моль. Необхідно внести 6 г кальцинованої соди.
286 г/моль - х г -
Отже, 16,2 г кристалічної соди треба зробити для пом'якшення 10 л води.
7. Якщо бензин містить воду, то при додаванні в нього негашеного вапна утворюється розчин із лужною реакцією, що можна виявити за допомогою індикатора фенолфталеїну. Тож вам необхідний ще й кислотно-лужний індикатор.
8. Вода може замерзнути в бензопроводі та закупорити його, в результаті бензин взагалі перестане надходити в карбюратор.
9. Один із побічних процесів, що відбуваються в акумуляторній батареї, – електроліз води, який у кислому розчині (електроліт H2SO4) протікає за схемою:
Цей процес може призвести до утворення вибухонебезпечного гримучого газу, що складається із суміші двох об'ємів водню та одного об'єму кисню.
10. На негативному дроті відразу почнеться виділення бульбашок водню:
11. На аноді відбувається електрохімічне окиснення міді (анодне розчинення):
Катіони міді, що утворюються, фарбують м'якоть картоплі в синій колір. Картопляний сік виконує роль електроліту, а біла м'якоть картоплі є гарним тлом для виявлення іонів міді.
Друга неточність полягає в описі змін, що відбуваються із цими розчинами при нагріванні. Вираз "при нагріванні ці розчини випадають в осад" абсолютно некоректний з точки зору хіміка. При нагріванні можуть випадати осад не розчини, а розчинені речовини, але щодо тосолу це неправильно.
Розберемося, у чому полягалошахрайство під час виготовлення гальмівної рідини. Однією з основних вимог до цих рідин є досить високі температури кипіння (не менше 115 °С для барабанних і не менше 190 °С для дискових гальм). Важливими є й низькі температури застигання (–40 °С для помірного клімату та –65 °С для північних районів), причому на в'язкість цих рідин не повинні впливати зміни температури.
Усі гальмівні рідини – суміші кількох речовин, до складу деяких входить і бутиловий спирт (рідина БСК – суміш бутилового спирту та касторової олії у співвідношенні 1:1). Щоб гальмівна рідина відповідала всім переліченим вимогам, співвідношення компонентів при її приготуванні повинно бути дуже точно. Порушення складу призводить до зміни характеристик рідини, зокрема і зниження температури кипіння, що справді небезпечно.
14. При нагріванні та неповному згорянні ароматичних вуглеводнів утворюються поліциклічні сполуки, нелеткі та термічно стійкі. Ці сполуки утворюють нагар у головці блоку циліндрів, на свічках та поршні.