Šioje straipsnyje bus nagrinėjamos benzino ir vandens savybės, ypač atkreipiant dėmesį į jų tankį ir su tuo susijusius aspektus. Benzinas yra esminis šiuolaikinės pramonės produktas, o vanduo - gyvybiškai svarbi medžiaga, kurios fizikinės savybės yra fundamentalios įvairiose srityse, nuo inžinerijos iki kasdienio gyvenimo.
Benzino savybės ir sudėtis
Kas yra benzinas?
Benzinas yra labai lakiųjų skystų junginių mišinys, susidedantis iš įvairios sudėties ir struktūros lengvųjų angliavandenilių. Tai pagrindinė žaliava vidaus degimo variklių degalams gauti, varanti apie 40% automobilių Lietuvoje. Jo fizinės ir cheminės savybės labai skiriasi, įskaitant normalius ir šakotos grandinės alkanus, cikloalkanus, alkenus ir aromatinius junginius. Benzinas yra lengvoji naftos distiliavimo frakcija, bespalvis, lengvai garuojantis ir nesunkiai užsiliepsnojantis skystis.
Cheminė sudėtis
Įprasto benzino masę sudaro homogeninis mažų, palyginti lengvų angliavandenilių mišinys, turintis nuo 4 iki 12 anglies atomų vienoje molekulėje. Tai parafinų (alkanų), olefinų (alkenų) ir cikloalkanų (naftenų) mišinys. Skystame benzine paprastai yra alkanų, aromatinių medžiagų ir alkenų. Benzinas susideda iš 3-10% arenų, 12-30% naftenų, 60-80% alkanų, 1-2% alkenų ir iki 2% sieros.
Fizikinės ir cheminės savybės
Viena svarbiausių benzino savybių yra jo virimo temperatūra, kuri svyruoja nuo 35 iki 195ºC. Jo stingimo temperatūra yra žemesnė nei -60ºC, o pliūpsnio temperatūra - žemesnė nei 0ºC.
Pagrindinės benzino fizinės ir cheminės savybės:
- Fizinė būklė: Bespalvis, lengvai garuojantis skystis.
- Virimo temperatūra: 35-195ºC.
- Stingimo temperatūra: < -60ºC.
- Pliūpsnio temperatūra: < 0ºC.
- Tankis: 700-780 kg/m³.
- Šilumingumas: 49,3-44,8 MJ/kg.
- Sudėtis: Angliavandenių mišinys (alkanai, alkenai, cikloalkanai, arenai), sieros junginiai.
- Nuodingumas: Benzinas, ypač etiliuotas, yra nuodingas. Leistina garų koncentracija ore iki 300 mg/m³.
Į degalus taip pat įmaišoma iki 1% antidetonatorių, kurie padidina oktaninį skaičių 15-20 vienetų. Be to, benzine gali būti dervų, rūgščių, mechaninių priemaišų ir vandens.
Nematomų dujų savybių aprašymas – Brian Bennett
Oktaninis skaičius
Svarbiausias rodiklis, nusakantis benzino antidetonacines savybes, yra oktaninis skaičius. Jis parodo, kiek izooktano (kurio oktaninis skaičius lygus 100) yra izooktano ir n-heptano (kurio oktaninis skaičius yra 0) mišinyje, kurio detonacinės savybės yra tokios pat kaip ir benzino. Kuo didesnis oktaninis skaičius, tuo geriau benzinas atlaiko suspaudimą variklio cilindre be detonacijos. Dažniausiai naudojamas 92, 95 ir 98 oktaninio skaičiaus benzinas.
Benzino gavimo būdai
Benzinas gaminamas iš naftos, rečiau - iš dujų, kieto kuro (akmens anglių, degiųjų skalūnų, durpių, medienos) arba sintezės būdu. Pagrindiniai benzino gavimo būdai yra:
- Naftos tiesioginė distiliacija: Tai pirminis naftos perdirbimo būdas, kurio metu atskiriamos įvairios frakcijos pagal virimo temperatūrą.
- Terminis ir katalizinis krekingas: Antrinis naftos ir jos produktų perdirbimas, kurio metu didelės molekulinės masės angliavandeniliai skyla į mažesnes molekules, susidarant benzinui. Katalizinis krekingas leidžia gauti benziną su aukštesniu oktaniniu skaičiumi.
- Destrukcinis hidrinimas: Žemarūšio kuro (akmens anglių, skalūnų, mazuto) perdirbimas, prisotinant jį vandenilio.
- Riformingas: Benzininių ir ligroininių naftos frakcijų perdirbimo būdas, pagrįstas aliciklinių junginių dehidrinimu (aromatizacija). Šiuo būdu gaunama daugiausia aukštaoktanio benzino.
Benzino partijos cheminė sudėtis yra unikali dėl kintamos naftos pradinių medžiagų sudėties ir specifinių perdirbimo metodų. Lakiosios benzino frakcijos patenka į atmosferą pildant benzinu varomus automobilius, visuose produkto formavimo, transportavimo ir rinkodaros grandinės etapuose.
Benzino rūšys ir žymėjimas
Benzinas būna dviejų rūšių: automobilinis ir aviacinis. Automobilinis benzinas būna įvairių markių, žymimas raidėmis (K, E), skaičiais (92, 95, 98) ir žodžiais, kurie rodo benzino paskirtį, oktaninį skaičių ir priedus. Taip pat benzinas skirstomas į vasarinį ir žieminį, kurie skiriasi garumo laipsniu. Jis gali būti etiliuotas (su švino priedais) ir neetiliuotas.
Šiuolaikinis degalų žymėjimas apima informaciją apie priedus, sezoniškumą ir atitiktį standartams. Pavyzdžiui, 95K ir 92K rūšies benzinas turi švino pakaitalo ir kalio priedų, skirtas senesnio modelio automobiliams. Žymėjimas raide E (95E, 98E) nurodo, kad kuras skirtas automobiliams su katalizatoriais. Taip pat gali būti žymimas biologinis kuras (BD) arba nurodomi standartai (LST, EN, GOST).
Benzino naudojimas
Benzinas naudojamas ne tik kaip degalai vidaus degimo varikliams, bet ir kaip tirpiklis lakams, dažams ir dervoms, eterinių aliejų ekstrahentas. Juo valomi drabužiai ir plaunamos detalės.
Medžiagos tankis: bendrieji principai
Kas yra medžiagos tankis?
Medžiagos turi daugelį savybių, kurias galima apibūdinti fizikiniais dydžiais. Vienas iš tokių dydžių yra medžiagos tankis. Jis rodo, kokia yra vienetinio tūrio (1 m³ arba 1 cm³) medžiagos masė. Norėdami sužinoti medžiagos, iš kurios pagamintas kūnas, tankį, turime to kūno masę padalyti iš jo tūrio:
medžiagos tankis = kūno masė / kūno tūris
Medžiagos tankį pažymėję graikiška raide ρ (tariame „ro“), gausime tankio formulę:
ρ = m / V
Iš jos nesunku nustatyti pagrindinį tankio matavimo vienetą:
[ρ] = [m] / [V] = 1 kg / 1 m³ = 1 kg/m³
Šis vienetas skaitomas taip: kilogrãmas kùbiniam mètrui. Tačiau praktikoje tankis dažnai reiškiamas smulkesniais vienetais - gramais kubiniam centimetrui (g/cm³). Santykis tarp šių vienetų yra:
1 g/cm³ = 1000 kg/m³
Tankio priklausomybė nuo temperatūros
Medžiagų tankis priklauso nuo temperatūros. Pavyzdžiui, vandens tankis esant 20°C lygus 0,9982 g/ml. Nors dažnai sutartinai priimama, kad vandens tankis yra 1000 kg/m³ (arba 1 g/ml), tikslus tankis kinta priklausomai nuo temperatūros ir slėgio.
Kaip tankis apibūdina medžiagą?
Atlikus bandymą su keliais įvairaus dydžio aliuminio tašeliais, nustatyta kiekvieno masė ir tūris. Masę padalijus iš tūrio, gautas apytiksliai toks pat masės ir tūrio santykis: vidurkis 2,71 g/cm³. Tai rodo, kad tankis nepriklauso nuo tašelio dydžio ir yra būdingas tik medžiagai, iš kurios padarytas tašelis, t. y. aliuminiui. Iš kitų medžiagų pagamintų tašelių šis santykis bus kitoks.
Tankio panaudojimas
Žinant medžiagų tankį, galima:
- Palyginti iš įvairių medžiagų pagamintų kūnų masę ir neklystant pasakyti, kuri tokio pat tūrio medžiaga yra sunkesnė, o kuri - lengvesnė.
- Apskaičiuoti kūno, kurio neįmanoma pasverti, masę arba kūno, kurio nepavyksta išmatuoti, tūrį.
Masė ir tankis - skirtingi dydžiai
Medžiagos tankis rodo, kokia yra 1 m³ tos medžiagos masė. Tačiau iš formulės m = ρV matyti, kad masė ir tankis yra skirtingi fizikiniai dydžiai. Žinant tik medžiagos tankį, dar negalima pasakyti, kokia yra kūno, padaryto iš tos medžiagos, masė, nes tam reikia žinoti ir tūrį.
Benzino ir vandens tankio palyginimas
Benzino tankis yra 700-780 kg/m³, o vandens tankis, esant standartinėms sąlygoms, yra apytiksliai 1000 kg/m³ (arba 1 g/ml). Tai reiškia, kad benzinas yra lengvesnis už vandenį ir, patekęs į vandenį, plūduriuos jo paviršiuje. Šis skirtumas yra esminis tiek naftos pramonėje (pvz., naftos išsiliejimų valymas), tiek kasdieniame gyvenime.
Pavyzdžiui, klausimas „Kieno didesnė masė - 1 l vandens ar 1 l benzino?“ atsako, kad 1 litras vandens turės didesnę masę nei 1 litras benzino, nes vandens tankis yra didesnis. „Kurio tankis yra mažesnis, tas ir užims didesnį tūrį“ yra neteisingas teiginys, nes tūris priklauso nuo medžiagos kiekio ir tankio, o ne tik nuo tankio. Jeigu lyginame vienodą masę, tada mažesnio tankio medžiaga užims didesnį tūrį. Jeigu lyginame vienodą tūrį, tada didesnio tankio medžiaga turės didesnę masę.