Номер 48, страница 31 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.48. Что такое октановое число топлива? Как его можно повысить? Может ли оно быть выше 100?

Что такое октановое число топлива?
Октановое число — это показатель, характеризующий способность топлива для двигателей внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием противостоять самовоспламенению (детонации) при сжатии. Чем выше октановое число, тем выше детонационная стойкость топлива и тем большую степень сжатия оно допускает без возникновения детонации, которая может привести к повреждению двигателя.
Для определения этого показателя используется эталонная шкала. По этой шкале детонационная стойкость исследуемого топлива сравнивается с детонационной стойкостью смеси двух эталонных углеводородов:
- Изооктану (2,2,4-триметилпентану), который очень устойчив к детонации, условно присвоено октановое число 100.
- н-Гептану (гептану нормального строения), который, наоборот, очень склонен к детонации, присвоено октановое число 0.
Октановое число топлива численно равно процентному содержанию (по объему) изооктана в его смеси с н-гептаном, при котором эта смесь имеет такую же детонационную стойкость, как и испытуемое топливо в стандартных условиях. Например, бензин с октановым числом 92 детонирует так же, как смесь из 92% изооктана и 8% н-гептана.
Существует два основных метода определения октанового числа: исследовательский (ОЧИ, или RON) и моторный (ОЧМ, или MON). Исследовательский метод имитирует городские условия езды (низкие обороты), а моторный — более жесткие условия (высокие обороты, нагрузка). ОЧМ всегда ниже ОЧИ.
Ответ: Октановое число — это мера детонационной стойкости топлива, определяемая путем сравнения его со смесью эталонных углеводородов (изооктана и н-гептана) и выражаемая в условных единицах от 0 до 100 и выше.

Как его можно повысить?
Повышение октанового числа является одной из ключевых задач при производстве качественного бензина. Этого можно достичь двумя основными путями: совершенствованием процессов переработки нефти и введением специальных добавок.
1. Технологические процессы нефтепереработки:
- Каталитический риформинг: процесс ароматизации бензиновых фракций, при котором низкооктановые нафтеновые и парафиновые углеводороды превращаются в высокооктановые ароматические углеводороды.
- Каталитический крекинг: расщепление крупных молекул тяжелых нефтяных фракций на более мелкие, включая углеводороды с разветвленной структурой, которые обладают более высоким октановым числом.
- Алкилирование: процесс получения алкилата (смеси изопарафинов) путем реакции изобутана с олефинами (например, бутиленами). Алкилат — ценный высокооктановый и экологически чистый компонент.
- Изомеризация: превращение парафинов нормального (линейного) строения в их изомеры с разветвленной цепью, которые имеют значительно более высокое октановое число.
2. Применение высокооктановых добавок (антидетонаторов):
- Оксигенаты: кислородсодержащие соединения, которые не только повышают октановое число, но и способствуют более полному сгоранию топлива. К ним относятся спирты (этанол, метанол) и простые эфиры (метил-трет-бутиловый эфир - МТБЭ, этил-трет-бутиловый эфир - ЭТБЭ).
- Другие присадки: исторически широко применялся тетраэтилсвинец (ТЭС), но он был запрещен почти во всем мире из-за высокой токсичности свинца. В качестве альтернативы используются присадки на основе марганца (МЦТМ) или железа (ферроцен), однако их применение часто ограничивается из-за негативного влияния на системы двигателя и экологию.
Ответ: Октановое число повышают с помощью технологических процессов нефтепереработки (риформинг, крекинг, алкилирование, изомеризация), которые изменяют углеводородный состав топлива в пользу высокооктановых компонентов, а также путем добавления специальных присадок-антидетонаторов (например, оксигенатов).

Может ли оно быть выше 100?
Да, октановое число может быть выше 100.
Шкала октановых чисел, где 100 соответствует чистому изооктану, является условной. Существуют как отдельные химические соединения, так и готовые топливные смеси, которые обладают еще большей стойкостью к детонации, чем эталонный изооктан.
Для измерения октановых чисел выше 100 шкалу экстраполируют (продолжают). На практике это означает, что такое топливо испытывается на двигателе, и его антидетонационные свойства оказываются лучше, чем у чистого изооктана.
Примеры топлив и компонентов с октановым числом выше 100:
- Спортивное (гоночное) топливо: для двигателей с очень высокой степенью сжатия и турбонаддувом требуется топливо с октановым числом 102, 110, 116 и даже выше.
- Авиационный бензин: некоторые марки авиационного бензина (например, 100/130) имеют два октановых числа, одно из которых (для богатой смеси) может превышать 100.
- Газообразное топливо: сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) имеет октановое число в районе 105–110, а сжатый природный газ (метан) — около 120.
- Индивидуальные вещества: многие компоненты, используемые как добавки, сами по себе имеют ОЧ > 100. Например, этанол (ОЧИ ≈ 108), толуол (ОЧИ ≈ 121).
Ответ: Да, может. Октановое число выше 100 означает, что топливо более устойчиво к детонации, чем чистый изооктан, принятый за эталон со значением 100. Такими характеристиками обладают некоторые виды гоночного и авиационного топлива, сжиженный газ, а также отдельные химические соединения.