Benzina, Spiegata

La benzina non è una sostanza pura, costituita da molecole identiche. È una miscela di circa 270 diverse strutture di idrocarburi (molecole composte da atomi di carbonio e idrogeno), legate chimicamente tra loro. È una miscela perché quella che chiamiamo "benzina" è semplicemente quella frazione di petrolio che rientra tra due punti di ebollizione specificati, scelti per assicurare che il prodotto risultante sia abbastanza volatile da poter essere utilizzato nei motori con accensione a scintilla.

La benzina può anche essere considerate come quelle strutture di idrocarburi che contengono da cinque a nove atomi di carbonio in esse. Quelli con meno carboni tendono a essere gas a temperatura ambiente (troppo volatili), e quelli con più di nove evaporano troppo lentamente per l'uso nei motori ad accensione comandata (non abbastanza volatili).

Esistono tre tipi fondamentali di strutture di idrocarburi- lunghe catene di carbonio, catene ramificate di carbonio e anelli di carbonio. Le catene lunghe sono una serie di atomi di carbonio, ciascuno legato a due o più atomi di idrogeno. Catene ramificate sono ciò che suonano come catene di atomi di carbonio che si diramano in uno o più punti. I composti ad anello iniziano tipicamente con un "anello benzenico" di sei atomi di carbonio, ciascuno legato ad un singolo atomo di idrogeno. In altri casi, un'unità come un gruppo metilico - un carbonio legato a tre idrogeni - prende il posto di uno degli idrogeni legati all'anello benzenico. In quel caso particolare, il risultato è chiamato toluene (un tempo, i migliori team di corsa del Grand Prix in Europa trasportavano fusti di toluene per l'uso di carburanti locali altamente variabili).

Una proprietà importante delle numerose strutture di idrocarburi della benzina è il resistenza al colpo, o numero ottano, della sostanza pura. Il colpo di motore, o detonazione, si verifica quando gli ultimi bit di carica da bruciare si sono surriscaldati così tanto nel processo che si autoaccendono e poi reagiscono alla velocità locale del suono, creando il suono di bussare che sentiamo quando le onde d'urto colpiscono le superfici della camera di combustione .

Si noti che questa è la pre-accensione e . La pre-accensione è l'accensione da parte di qualche oggetto caldo, prima del il passaggio della scintilla di accensione

La detonazione, o il colpo di motore, è diversa, si verifica vicino alla fine della normale combustione, dopo che la maggior parte della carica è bruciato. La normale combustione non è un'esplosione, ma è un processo in cui un fronte di fiamma, spostandosi da 50 a 250 piedi al secondo, si allontana dalla scintilla di accensione. Le parti più riscaldate della carica di carburante sono le ultime parti da bruciare, vicino alla parete del cilindro, che sono state esposte al calore più a lungo. Il calore guida sempre le reazioni pre-fiamma nella carica incombusta, ma normalmente la combustione consuma la carica prima che tali reazioni possano procedere fino alla detonazione.

Ma se quegli ultimi bit di carica vengono riscaldati abbastanza a lungo (a combustione lenta, trascinandosi, ecc.) Le reazioni pre-fiamma generano in esse una popolazione di frammenti chimici reattivi chiamati radicali. Quando si accumulano abbastanza radicali OH, essi innescano l'autoaccensione e la combustione distruttiva della velocità sonica nota come detonazione.

I radicali OH- si formano quando l'attività termica (le molecole si schiantano costantemente ad alta velocità) in una miscela calda non bruciata rompe l'idrogeno atomi di molecole di idrocarburi, e quegli idrogeni si combinano con singoli atomi di ossigeno. I radicali OH più veloci si formano, più probabile diventa la bussata. Quindi, ci aspetteremmo una bassa resistenza al battito da strutture di idrocarburi che perdono facilmente gli atomi di idrogeno all'aumentare della temperatura e un'alta resistenza ai colpi da strutture che pendono sui loro atomi di idrogeno.

Pensando a come la struttura influirebbe su questo, immagina una molecola a catena lunga, vorticando e battendo, le sue estremità colpiscono altre molecole con velocità potenziate dalla rotazione, una sorta di effetto di colpo di frusta. Questa azione rende più probabile la perdita di idrogeni.

Ora immagina una catena ramificata, che, essendo più compatta, è meno in grado di immagazzinare energia alta nel frustare. E, più compatto di tutti, i composti ad anello. I componenti più resistenti ai colpi di benzina hanno strutture a catena ramificata o ad anello.

A quanto pare, le strutture a catena lunga hanno i numeri ottani più bassi. In effetti, uno di questi, l'eptano normale (con sette atomi di carbonio), è stato adottato come standard di misurazione per lo zero sulla scala del numero di ottani. Una delle strutture a catena ramificata, l'ottano (con otto atomi di carbonio) trattiene i suoi atomi di idrogeno così bene che il numero di ottani è stato impostato a 100.

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