1. Benzyna a olej napędowy

Samochody z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym są zasilane benzyną, a z silnikiem spalinowym o zapłonie samoczynnym (tak zwanym silnikiem Diesla) – olejem napędowym. Jakie właściwości mają te dwa rodzaje paliwa?

Doświadczenie 1

W oparciu o pokaz doświadczeń zaprezentowany przez nauczyciela lub analizując zamieszczony poniżej materiał filmowy, określ wybrane właściwości fizyczne i chemiczne benzyny i oleju napędowego. Określ ich barwę, zapach, gęstość oraz rozpuszczalność tych cieczy w wodzie i oleju roślinnym. Oceń palność benzyny i oleju napędowego. Napisz obserwacje i wnioski.

UWAGA: Część doświadczalną, dotyczącą oceny palności analizowanych paliw, powinien wykonać nauczyciel. Jeśli nie masz możliwości uczestniczenia w pokazie, dokonaj oceny palności benzyny i oleju napędowego w oparciu o załączony film.

R1b07YHuxwOCN

Problem badawczy: Czy benzyna i olej napędowy to paliwa palne? Czy benzyna i olej napędowy są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych i niepolarnych?. Hipoteza: Benzyna i olej napędowy są łatwopalnymi cieczami i rozpuszczają się w określonych rozpuszczalnikach. Co będzie potrzebne: benzyna silnikowa; olej napędowy; woda; olej roślinny; areometr; 2 parownice; 4 probówki; 2 cylindry miarowe; pipetki plastikowe; palnik; zapałki; łuczywo. Instrukcja: 1. W dwóch osobnych zlewkach umieść benzynę i olej napędowy. Zwróć uwagę na ich stan skupienia, barwę i zapach. 2. Do jednej parownicy wlej niewielką ilość benzyny silnikowej i ostrożnie zbliż do jej powierzchni zapalone łuczywo. (Tę część doświadczenia wykonuje nauczyciel). 3. Do drugiej parownicy wlej olej napędowy i ostrożnie zbliż do jego powierzchni zapalone łuczywo. (Tę część doświadczenia wykonuje nauczyciel). 4. Do jednego cylindra miarowego wlej benzynę, a do drugiego – olej napędowy (tak, aby można było swobodnie zanurzyć w nich areometr). Za pomocą areometru zmierz gęstość obu paliw. 5. Do dwóch probówek nalej po około 2 cm3 benzyny samochodowej. Do pierwszej dodaj około 1 cm3 wody, a do drugiej – około 1 cm3 oleju roślinnego. Zawartość probówek wymieszaj. 6. Tę samą czynność (punkt 5) powtórz z olejem napędowym.

Problem badawczy:

Czy benzyna i olej napędowy to paliwa palne? Czy benzyna i olej napędowy są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych i niepolarnych?

Hipoteza:

Benzyna i olej napędowy są łatwopalnymi cieczami i rozpuszczają się w określonych rozpuszczalnikach.

Co było potrzebne:

• benzyna silnikowa;

• olej napędowy;

• woda;

• olej roślinny;

• areometr;

• dwie zlewki;

• dwie parownice;

• cztery probówki;

• dwa cylindry miarowe;

• pipetki plastikowe;

• palnik;

• zapałki;

• łuczywo.

Przebieg doświadczenia:

W dwóch osobnych zlewkach umieszczono po około $10 {\text{cm}}^3$ benzyny i oleju napędowego. Do jednej parownicy wlano niewielką ilość benzyny silnikowej i ostrożnie zbliżono do jej powierzchni zapalone łuczywo. Do drugiej wlano z kolei olej napędowy i ostrożnie zbliżono do jego powierzchni zapalone łuczywo. Do jednego cylindra miarowego wlano benzynę, a do drugiego olej napędowy. Następnie, za pomocą areometru, zmierzono gęstość obu paliw. Do dwóch probówek nalano po około $2 {\text{cm}}^3$ benzyny samochodowej. Do pierwszej dodano około $1 {\text{cm}}^3$ wody, a do drugiej około $1 {\text{cm}}^3$ oleju roślinnego. Zawartość probówek wymieszano, a następnie tę samą czynność powtórzono z olejem napędowym.

Obserwacje:

Benzyna silnikowa to bezbarwna ciecz o charakterystycznym zapachu. Po przyłożeniu do niej zapalonego łuczywa, zapala się i pali jasnym żółtym płomieniem. Po dodaniu wody do benzyny, ciecze te nie ulegają wymieszaniu – widoczne są dwie warstwy cieczy, przy czym benzyna znajduje się na powierzchni wody. Po dodaniu oleju roślinnego do benzyny, ciecze ulegają wymieszaniu i powstaje mieszanina jednorodna.

Olej napędowy to żółta ciecz o charakterystycznym zapachu. Po przyłożeniu do niego zapalonego łuczywa, zapala się i pali żółtym, kopcącym płomieniem. Po dodaniu wody do oleju napędowego, ciecze te nie ulegają wymieszaniu – widoczne są dwie warstwy cieczy, przy czym olej napędowy znajduje się na powierzchni wody. Po dodaniu oleju roślinnego do oleju napędowego, ciecze ulegają wymieszaniu i powstaje mieszanina jednorodna.

Wnioski:

Benzyna silnikowa to bezbarwna, łatwopalna ciecz o charakterystycznym zapachu. Jej barwa świadczy o tym, że ulega ona spalaniu całkowitemu. Benzyna dobrze rozpuszcza się w oleju roślinnym, czyli w rozpuszczalniku niepolarnym. Jest za to praktycznie nierozpuszczalna w wodzie, rozpuszczalniku polarnym. Benzyna wypływa na powierzchnię wody, co świadczy o większej gęstości paliwa od gęstości wody. Olej napędowy to żółta, łatwopalna ciecz o charakterystycznym zapachu. Barwa płomienia palącego się oleju napędowego oraz jego kopcenie świadczy o tym, że paliwo ulega spalaniu niecałkowitemu.

Olej napędowy dobrze rozpuszcza się w oleju roślinnym, czyli w rozpuszczalniku niepolarnym. Jest za to praktycznie nierozpuszczalny w wodzie – rozpuszczalniku polarnym. Olej napędowy wypływa na powierzchnię wody, co świadczy mniejszej gęstości paliwa od gęstości wody.

Wyniki odczytane z areometru pozwalają również na stwierdzenie, że olej napędowy ma gęstość większą od gęstości benzyny.

R6iubVii05GT7

Na filmie zbadano i porównano właściwości benzyny dziewięćdziesiąt pięć i oleju napędowego. Są to między innymi barwa, zapach, palność, gęstość, a także rozpuszczalność w wodzie i oleju roślinnym. Badanie palności tych substancji wykonuje nauczyciel.

Na filmie zbadano i porównano właściwości benzyny dziewięćdziesiąt pięć i oleju napędowego. Są to między innymi barwa, zapach, palność, gęstość, a także rozpuszczalność w wodzie i oleju roślinnym. Badanie palności tych substancji wykonuje nauczyciel.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R6iubVii05GT7

Na filmie zbadano i porównano właściwości benzyny dziewięćdziesiąt pięć i oleju napędowego. Są to między innymi barwa, zapach, palność, gęstość, a także rozpuszczalność w wodzie i oleju roślinnym. Badanie palności tych substancji wykonuje nauczyciel.

1

Polecenie 1

R4eHHsSVC5ePx

Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje: Podczas spalania obydwu paliw, zwróć uwagę na barwę płomienia i jego ewentualne „kopcenie”. Zastanów się, o jakim rodzaju spalania mogą świadczyć poczynione przez Ciebie obserwacje.

Wnioski: Analizując rozpuszczalność benzyny i oleju napędowego,  zastanów się, jaką budowę (polarną czy niepolarną) mają składniki tych paliw.

Pokaż odpowiedź

Obserwacje:

Benzyna silnikowa to bezbarwna ciecz o charakterystycznym zapachu. Po przyłożeniu do niej zapalonego łuczywa zapala się i pali jasnym żółtym płomieniem. Po dodaniu wody do benzyny, ciecze te nie ulegają wymieszaniu – widoczne są dwie warstwy cieczy, przy czym benzyna znajduje się na powierzchni wody. Po dodaniu oleju roślinnego do benzyny,  ciecze ulegają wymieszaniu i powstaje mieszanina jednorodna.

Olej napędowy ma żółty kolor i charakterystyczny zapach. Dobrze rozpuszcza się w oleju roślinnym, jest za to praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. Olej napędowy wypływa na powierzchnię wody.

Wnioski:

Benzyna silnikowa to bezbarwna, łatwopalna ciecz o charakterystycznym zapachu. Barwa i rodzaj płomienia sugeruje, że ulega ona spalaniu całkowitemu. Benzyna dobrze rozpuszcza się w rozpuszczalniku niepolarnym (olej roślinny), jest za to praktycznie nierozpuszczalna w rozpuszczalniku polarnym (wodzie). Benzyna ma mniejszą gęstość od gęstości wody.

Olej napędowy jest żółtą, łatwopalną cieczą o charakterystycznym zapachu. Barwa płomienia palącego się oleju napędowego oraz jego kopcenie świadczy o tym, że paliwo to ulega spalaniu niecałkowitemu. Olej napędowy dobrze rozpuszcza się w rozpuszczalniku niepolarnym (oleju roślinnym). Jest za to praktycznie nierozpuszczalny w rozpuszczalniku polarnym (wodzie). Olej napędowy także ma gęstość mniejszą od gęstości wody.

Wyniki odczytane z areometru pozwalają również na stwierdzenie, że olej napędowy ma gęstość większą od gęstości benzyny.

1

Polecenie 1

Wymień po jednym podobieństwie i jednej różnicy pomiędzy benzyną a olejem napędowym.

Ryuh3RAO9uTvX

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Substancje te różnią się między innymi wyglądem.

Pokaż odpowiedź

Podobieństwo: Zarówno benzyna, jak i olej napędowy dobrze rozpuszczają się w oleju roślinnym, czyli w rozpuszczalniku niepolarnym.

Różnica: Benzyna jest bezbarwna, natomiast olej napędowy ma żółtą barwę.

Benzyna silnikowa jest bezbarwną, lotną i łatwopalną cieczą o charakterystycznym zapachu. Jasny płomień spalanego paliwa świadczy o spalaniu całkowitym. Benzyna to mieszanina węglowodorów, a więc substancji o budowie niepolarnej. Dlatego też nie rozpuszcza się w polarnym rozpuszczalniku, jakim jest woda. Utrzymuje się na jej powierzchni, co potwierdza, że gęstość benzyny jest mniejsza od gęstości wody. Dobrze rozpuszcza się w niepolarnym rozpuszczalniku, jakim jest olej roślinny. Benzynę można więc stosować do rozpuszczania tłuszczów i innych substancji o budowie niepolarnej.

Olej napędowy również jest cieczą o charakterystycznym zapachu, lecz o jasnożółtej barwie. Zapala się łatwo, a płomień jest żółty, nieco kopcący. Kopcenie płomienia świadczy o tym, że olej napędowy spala się niecałkowicie. Olej napędowy, podobnie jak benzyna, jest mieszaniną węglowodorów. Z tego powodu nie rozpuszcza się w wodzie (utrzymuje się na jej powierzchni), ale rozpuszcza się w oleju roślinnym.

Badanie gęstości obydwu paliw areometrem pozwala wyciągnąć wniosek, że olej napędowy ma gęstość zawierającą się w przedziale $\mathrm{0,820}—\mathrm{0,845} \frac{\text{g}}{{\text{cm}}^3}$, czyli nieco większą od gęstości benzyny wynoszącej $\mathrm{0,720}—\mathrm{0,775} \frac{\text{g}}{{\text{cm}}^3}$.

2. Liczba oktanowa

Benzyna otrzymywana w procesie destylacji frakcyjnej ropy naftowej to mieszanina węglowodorów, zbudowanych z cząsteczek o prostych (nierozgałęzionych) łańcuchach węglowych, która spala się wybuchowo (detonacyjnie). Dlatego nie może być bezpośrednio wykorzystywana jako paliwo do samochodów.

Najważniejszym parametrem, który określa jakość benzyny, jest liczba oktanowaliczba oktanowaliczba oktanowa ($\mathbf{\text{LO}}$). Inaczej mówiąc to wskaźnik wyrażający zdolność paliwa do bezstukowego spalania w cylindrze silnika spalinowego. Mieszanka benzynowo‑powietrzna, po zapaleniu przez iskrę świecy zapłonowej, powinna spalać się równomiernie i nie za szybko, ponieważ zbyt gwałtowne spalanie powoduje nierównomierną pracę silnika i jego przedwczesne zużycie. Benzyna o liczbie oktanowej równej $98$ ($\text{LO}=98$) spala się jak wzorcowa mieszanina, która zawiera $98\%$ objętościowych $2$,$2$,$4$–trimetylopentanu (izooktanu) i $2\%$ objętościowych heptanu (najmniejsze liczby oktanowe mają alkany utworzone z cząsteczek o prostych (nierozgałęzionych) łańcuchach węglowych).

R45JRa8HSQSyW

Na górze ilustracji znajduje się napis: Liczba oktanowa benzyny dziewięćdziesiąt osiem. Poniżej, na niebieskim tle ukazano skład procentowy benzyny wraz z wzorami strukturalnymi danych związków. dziewięćdziesiąt osiem procent zawartości procentowej stanowi izooktan (dwa,dwa,cztery—trimetylopentan), L O równe sto, wzór: grupa C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego łączy się wiązaniem pojedynczym z atomem węgla C. Od niego odchodzą trzy wiązania pojedyncze: w górę i w dół do grupy C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego i w prawo do grupy C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego. Od niej odchodzi wiązanie pojedyncze do grupy C H, od której odchodzą dwa wiązania pojedyncze, w górę i w prawo, do grupy C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego. Pozostałe dwa procent to n—heptan, L O równe sto, wzór: od grupy C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego odchodzi wiązanie pojedyncze, które łączy się z grupą C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, od której również odchodzi wiązanie pojedyncze. Następnie występują jeszcze cztery grupy C H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego połączone wiązaniami pojedynczymi, w sumie jest ich pięć. Od ostatniej z nich odchodzi wiązanie pojedyncze do grupy C H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego. Po prawej stronie ilustracji dodatkowo zamieszczono trzy czarne dystrybutory paliwa z napisami kolejno od lewej: P b dziewięćdziesiąt osiem, P b dziewięćdziesiąt pięć i O N.

Polecenie 2

Zapoznaj się z poniższą animacją i oceń poprawność znajdujących się pod nią stwierdzeń. Zaznacz „Prawda”, jeśli zdanie jest prawdziwe albo „Fałsz”, jeśli jest fałszywe.

R1YMyVU8i01X1

Animacja wyjaśnia pojęcie liczby oktanowej, a także pokazuje, w jaki sposób ustala się jej wartość.

Animacja wyjaśnia pojęcie liczby oktanowej, a także pokazuje, w jaki sposób ustala się jej wartość.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1YMyVU8i01X1

Animacja wyjaśnia pojęcie liczby oktanowej, a także pokazuje, w jaki sposób ustala się jej wartość.

RgFO4RSega6PT

Łączenie par. . Metanol i etanol to stosowane w niektórych krajach paliwa gazowe.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Im wyższa jest wartość liczby oktanowej benzyny, tym mieszanka benzyny z powietrzem spala się łagodniej, a towarzyszy temu wydzielanie się dużej ilości energii.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Łagodniejsze spalanie benzyny w silniku spalinowym skutkuje jego równomierną pracą.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Jeśli benzyna ma liczbę oktanową równą $95$, to znaczy, że zawiera $95\%$ objętościowych izooktanu i $5\%$ objętościowych heptanu.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ

Łączenie par. . Metanol i etanol to stosowane w niektórych krajach paliwa gazowe.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Im wyższa jest wartość liczby oktanowej benzyny, tym mieszanka benzyny z powietrzem spala się łagodniej, a towarzyszy temu wydzielanie się dużej ilości energii.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Łagodniejsze spalanie benzyny w silniku spalinowym skutkuje jego równomierną pracą.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Jeśli benzyna ma liczbę oktanową równą $95$, to znaczy, że zawiera $95\%$ objętościowych izooktanu i $5\%$ objętościowych heptanu.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ

3. Antydetonatory, czyli środki przeciwstukowe

Liczbę oktanową benzyny można podwyższyć, stosując, tak zwany, antydetonatoryantydetonatoryantydetonatory, czyli chemiczne środki przeciwstukowe. Jednymi z pierwszych takich środków były jodyna i anilina.

Pracownicy koncernu General Motors w ciągu siedmiu lat przetestowali $33000$ różnych substancji chemicznych i w $1922 \text{r}.$ odkryli oraz opatentowali antystukowe działanie tetraetyloołowiu – związku o wzorze: $\text{Pb}{\left({\text{C}}_2{\text{H}}_5\right)}_4$. Substancja ta okazała się tania i bardzo skuteczna, ponieważ dodatek zaledwie $\mathrm{0,15} \text{g}$ tego odczynnika do $1 {\text{dm}}^3$ benzyny zwiększał jej liczbę oktanową z $60$ do $96$. Szybko jednak przekonano się, że ze spalinami do atmosfery wydzielane są silnie toksyczne związki ołowiu, stanowiące zagrożenie dla człowieka i środowiska przyrodniczego.

Obecnie stosuje się benzyny bezołowiowe, w których jako antydetonatory używa się głównie etery oznaczane skrótami $\text{MTBE}$ i $\text{ETBE}$ lub alkohole (np. metanol i etanol).

RccruOcMg0OVq

Na środku ilustracji znajduje się szary prostokąt z napisem: Współczesne antydetonatory. Przylegają do niego cztery kółka z trójwymiarowymi wzorami strukturalnymi następujących związków: metanol, <math aria‑label="M T B E">MTBE <math aria‑label="dwa">2—metoksy—<math aria‑label="dwa">2—metylopropan, etanol i <math aria‑label="E T B E">ETBE <math aria‑label="dwa">2—etoksy—<math aria‑label="dwa">2—metylopropan. W prawym dolnym rogu zamieszczono oznaczenia atomów poszczególnych pierwiastków występujących we wzorach: kolor czarny — $\text{C}$, kolor szary — $\text{H}$, kolor czerwony — $\text{O}$.

Ciekawostka

Ołów, choć znany jest ludzkości od ponad $4500$ lat, jest jednym z najbardziej toksycznych metali ciężkich. Rzymianie wykorzystywali ten pierwiastek na skalę przemysłową. Przykładem tego są rzymskie wodociągi, które prawie w całości zostały zbudowane z ołowianych rur. Ołów był również dodawany do wina w postaci octanu ołowiu (zwanego cukrem ołowianym), aby poprawić jego smak, oraz stosowany do produkcji farb malarskich. Zatrucie ołowiem było w dawnych wiekach powszechną chorobą malarzy. Na skutek zatrucia związkami tego pierwiastka ucierpiał między innymi Francisco Goya, który często używał bieli ołowianej. Od $2005 \text{r}.$ prawo unijne zakazuje sprzedaży benzyny ołowiowej z powodu emisji szkodliwego tlenku ołowiu($\text{II}$) ($\text{PbO}$) i zatruwania katalizatora samochodowego.

R15cm3BEHy6V8

Na ilustracji ukazano rysunkową postać człowieka z widocznymi narządami wewnętrznymi. Do poszczególnych części ciała poprowadzono linie i zamieszczono do nich opisy. Do mózgu zostały poprowadzone trzy linie z następującymi opisami: Numer jeden: Wywołuje nadpobudliwość, ociężałość umysłową i agresję. Numer dwa: Prowadzi do uszkodzenia mózgu. Numer trzy: Jony ołowiu łączą się z enzymami i zaburzają pracę centralnego i ośrodkowego systemu nerwowego. Opis do linii prowadzącej do ust: Organizm dziecka zatrzymuje aż pięćdziesiąt procent $\text{Pb}$ pobranego z pożywieniem i wodą, a człowieka dorosłego około dziesięciu procent. Kolejny jest opis dotyczący linii prowadzącej do okolic wątroby: Uszkadza wątrobę i nerki, wywołuje nowotwory. Linia prowadząca do okolic narządów rozrodczych, opis: Uszkadza układ rozrodczy i prowadzi do bezpłodności. Ostatnia linia wskazuje na palce u dłoni, opis: Odkłada się w ciele: w kościach, zębach, włosach i paznokciach. Poniżej znajduje się szara ramka, w której umieszczono zdjęcie rozwijającego się płodu, a obok opis: $\text{Pb}$ przechodzi przez łożysko stanowiąc zagrożenie dla płodu.

Polecenie 3

Zapoznaj się z poniższą animacją i oceń poprawność znajdujących się pod nią stwierdzeń. Zaznacz „Prawda”, jeśli zdanie jest prawdziwe albo „Fałsz”, jeśli jest fałszywe.

RQobl6NGXGnHE

Film wyjaśnia, w jaki sposób działa katalizator samochodowy, a także przestrzega, czego nie należy robić, by nie doprowadzić do jego uszkodzenia.

Film wyjaśnia, w jaki sposób działa katalizator samochodowy, a także przestrzega, czego nie należy robić, by nie doprowadzić do jego uszkodzenia.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RQobl6NGXGnHE

Film wyjaśnia, w jaki sposób działa katalizator samochodowy, a także przestrzega, czego nie należy robić, by nie doprowadzić do jego uszkodzenia.

RgycAeIR724Us

Łączenie par. . Katalizatorem w samochodzie, wykorzystującym jako paliwo benzynę bezołowiową, jest mieszanina tlenków metali o symbolach: $\text{Pd}$, $\text{Pt}$ i $\text{Ra}$.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Podczas pracy katalizatora wydzielana jest duża ilość ciepła, dlatego kabina pasażerska powinna być odpowiednio zabezpieczona przed dostępem ciepła.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Czujnikiem mierzącym zawartość tlenu w spalinach jest sonda lambda.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Gazy, które powinny być wydzielane w wyniku spalania paliwa w silniku samochodowym (tak by nie powodować nadmiernego zanieczyszczenia środowiska), to tlenek węgla$\left(\text{II}\right)$, azot i para wodna.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Katalizator w silnikach wysokoprężnych (z zapłonem samoczynnym) działa dokładnie tak samo, jak katalizator w silniku spalinowym o zapłonie iskrowym.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Ponieważ katalizatory samochodowe działają w bardzo wysokich temperaturach, w celu ich ochrony, po skończonej pracy, należy je gwałtownie ochłodzić.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ

Łączenie par. . Katalizatorem w samochodzie, wykorzystującym jako paliwo benzynę bezołowiową, jest mieszanina tlenków metali o symbolach: $\text{Pd}$, $\text{Pt}$ i $\text{Ra}$.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Podczas pracy katalizatora wydzielana jest duża ilość ciepła, dlatego kabina pasażerska powinna być odpowiednio zabezpieczona przed dostępem ciepła.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Czujnikiem mierzącym zawartość tlenu w spalinach jest sonda lambda.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Gazy, które powinny być wydzielane w wyniku spalania paliwa w silniku samochodowym (tak by nie powodować nadmiernego zanieczyszczenia środowiska), to tlenek węgla$\left(\text{II}\right)$, azot i para wodna.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Katalizator w silnikach wysokoprężnych (z zapłonem samoczynnym) działa dokładnie tak samo, jak katalizator w silniku spalinowym o zapłonie iskrowym.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Ponieważ katalizatory samochodowe działają w bardzo wysokich temperaturach, w celu ich ochrony, po skończonej pracy, należy je gwałtownie ochłodzić.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ

4. Kraking

Ilość benzyny, która powstaje bezpośrednio w wyniku destylacji frakcyjnej ropy naftowej, nie pokrywa zapotrzebowania na to paliwo. Dlatego produkuje się ją z użyciem procesu przerobu węgla kamiennego – z gazu syntezowego lub w procesie krakingu z wyższych frakcji destylacji frakcyjnej ropy naftowej.

KrakingkrakingKraking (z ang. crack, tzn. „pękać, łamać”) to proces, polegający na rozpadzie długich łańcuchów węglowych na krótsze. Jeśli pękanie długich łańcuchów zachodzi w odpowiednich warunkach ciśnienia ($4—6 \text{MPa}$) i temperatury (od $740$ do $810 \text{K}$), bez udziału powietrza, zachodzi kraking termiczny. Jeśli cząsteczki węglowodorów o krótszych łańcuchach powstają w wyniku ogrzewania (temperatura około $720 \text{K}$), pod wpływem podwyższonego ciśnienia i w obecności katalizatora chlorku glinu (${\text{AlCl}}_3$), tlenku chromu($\text{III}$) (${\text{Cr}}_2{\text{O}}_3$) lub glinokrzemianów), to wówczas mówimy o krakingu katalitycznym.

Zastosowanie katalizatora pozwala obniżyć temperaturę i ciśnienie tego procesu. W wyniku krakingu alkanów powstają alkany i alkeny o cząsteczkach zbudowanych z krótszych łańcuchów węglowych, np.:

R19Wg5NMVAXtc

Na grafice przedstawiono równanie reakcji. Grupa ${\text{CH}}_3$ połączona jest wiązaniem pojedynczym z ${\left({\text{CH}}_2\right)}_{12}$, które połączone jest wiązaniem pojedynczym z grupą ${\text{CH}}_3$. Od niej odchodzi strzałka z dwoma rozgałęzieniami, nad każdym z nich znajduje się napis: temperatura, p (kat.). Po górnym rozgałęzieniu następuje dalsza część równania. Wzór opisany jako oktan: grupa ${\text{CH}}_3$ połączona jest wiązaniem pojedynczym z ${\left({\text{CH}}_2\right)}_6$, które połączone jest wiązaniem pojedynczym z grupą ${\text{CH}}_3$ dodać wzór opisany jako heks—1—en: grupa ${\text{CH}}_2$ połączona jest wiązaniem podwójnym z grupą $\text{CH}$. Od niej odchodzi wiązanie pojedyncze do ${\left({\text{CH}}_2\right)}_3$, które połączone jest wiązaniem pojedynczym z grupą ${\text{CH}}_3$. Równanie przy dolnym rozgałęzieniu: wzór opisany jako heksan: grupa ${\text{CH}}_3$ połączona jest wiązaniem pojedynczym z ${\left({\text{CH}}_2\right)}_4$, które połączone jest wiązaniem pojedynczym z grupą ${\text{CH}}_3$ dodać wzór opisany jako okt—1—en: grupa ${\text{CH}}_2$ połączona jest wiązaniem podwójnym z grupą $\text{CH}$. Od niej odchodzi wiązanie pojedyncze do ${\left({\text{CH}}_2\right)}_5$, które połączone jest wiązaniem pojedynczym z grupą ${\text{CH}}_3$.

5. Reforming

Jak już wspomniano, jednym ze sposobów podwyższania liczby oktanowej benzyny jest dodanie do niej odpowiednich antydetonatorów. Innym wyjściem na poprawę jakości jest proces zwany reformingiemreformingreformingiem.

Polega on na zmianie budowy składników benzyny w wysokiej temperaturze i przy udziale katalizatorów, w wyniku czego powstają węglowodory rozgałęzione i cykliczne (w tym aromatyczne), które po dodaniu do paliwa podwyższają jego liczbę oktanową.

Reforming prowadzi więc do izomeryzacji (otrzymywania węglowodorów o tym samym składzie, lecz innej budowie), cyklizacji (przemiany węglowodorów łańcuchowych w węglowodory pierścieniowe (cykliczne)) i aromatyzacji (przemiany węglowodorów łańcuchowych w węglowodory pierścieniowe o specyficznej budowie – poznasz je na kolejnych lekcjach chemii).

Polecenie 5

Zapoznaj się z poniższą animacją i oceń poprawność znajdujących się pod nią stwierdzeń. Zaznacz „Prawda”, jeśli zdanie jest prawdziwe albo „Fałsz”, jeśli jest fałszywe.

Rx5B21BMRf0RY

Animacja pokazuje, na czym polega reforming, a także wyjaśnia, czym są izomery i w jaki sposób można je otrzymać.

Animacja pokazuje, na czym polega reforming, a także wyjaśnia, czym są izomery i w jaki sposób można je otrzymać.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/Rx5B21BMRf0RY

Animacja pokazuje, na czym polega reforming, a także wyjaśnia, czym są izomery i w jaki sposób można je otrzymać.

R7ZuAomFB7odY

Łączenie par. . Aby przekształcić węglowodór liniowy w cykliczny lub aromatyczny, należy przyłączyć do jego cząsteczek wodór.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Izomery to związki chemiczne o takim samym wzorze sumarycznym, ale o różnej budowie (różnym sposobie połączenia atomów węgla w cząsteczkach).. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Procesowi izomeryzacji towarzyszy eliminacja cząsteczek wodoru z cząsteczek przekształcanych węglowodorów.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Benzyna, w skład której wchodzą węglowodory o prostych łańcuchach węglowych, ma mniejszą liczbę oktanową niż benzyna, w skład której wchodzą węglowodory o łańcuchach rozgałęzionych.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ

Łączenie par. . Aby przekształcić węglowodór liniowy w cykliczny lub aromatyczny, należy przyłączyć do jego cząsteczek wodór.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Izomery to związki chemiczne o takim samym wzorze sumarycznym, ale o różnej budowie (różnym sposobie połączenia atomów węgla w cząsteczkach).. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Procesowi izomeryzacji towarzyszy eliminacja cząsteczek wodoru z cząsteczek przekształcanych węglowodorów.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ. Benzyna, w skład której wchodzą węglowodory o prostych łańcuchach węglowych, ma mniejszą liczbę oktanową niż benzyna, w skład której wchodzą węglowodory o łańcuchach rozgałęzionych.. Możliwe odpowiedzi: PRAWDA, FAŁSZ

Polecenie 6

W każdej parze węglowodorów wskaż ten, który charakteryzuje się większą liczbą oktanową.

R1LrvuizS0TQ5

Schematy przedstawiające pary węglowodorów.

RynrAY6GVnya2

Para 1. - 1. heksan, 2. benzen, 3. heksan, 4. metylocyklopentan, 5. 2-metylopentan, 6. heksan
Para 2. - 1. heksan, 2. benzen, 3. heksan, 4. metylocyklopentan, 5. 2-metylopentan, 6. heksan
Para 3. - 1. heksan, 2. benzen, 3. heksan, 4. metylocyklopentan, 5. 2-metylopentan, 6. heksan

Para 1. - 1. heksan, 2. benzen, 3. heksan, 4. metylocyklopentan, 5. 2-metylopentan, 6. heksan
Para 2. - 1. heksan, 2. benzen, 3. heksan, 4. metylocyklopentan, 5. 2-metylopentan, 6. heksan
Para 3. - 1. heksan, 2. benzen, 3. heksan, 4. metylocyklopentan, 5. 2-metylopentan, 6. heksan

RbFkxorzRS75g

Łączenie par. . heksan. Możliwe odpowiedzi: Węglowodór $2$. heksan. Możliwe odpowiedzi: Węglowodór $2$. heksan. Możliwe odpowiedzi: Węglowodór $2$

Łączenie par. . heksan. Możliwe odpowiedzi: Węglowodór $2$. heksan. Możliwe odpowiedzi: Węglowodór $2$. heksan. Możliwe odpowiedzi: Węglowodór $2$

Ciekawostka

W czasie $\text{II}$ Wojny Światowej, kiedy pozyskiwanie benzyny było bardzo trudne, pojazdy cywilne napędzano niekiedy mniej wydajnym paliwem – gazem drzewnym. Była to mieszanina: wodoru, tlenku węgla($\text{II}$), metanu, a także niepalnych gazów, tj. azotu, tlenku węgla($\text{IV}$) i pary wodnej. Aby uzyskać energię odpowiadającą zużyciu $1$ litra benzyny, należało poddać procesowi zgazowaniazgazowaniezgazowania $\mathrm{2,5}—4 \text{kg}$ drewna. Za najlepsze uważano drewno bukowe. Instalacja do gazu drzewnego – tak zwany gazogenerator – zajmowała sporo miejsca i przypominała zewnętrzny bojler. Uruchomienie gazogeneratora trwało około $15—20 \text{min}.$, dlatego należało uwzględnić dodatkowy czas, planując godzinę rozpoczęcia podróży.

R1bEmpB4ZUv5p

Czarno—białe zdjęcie przedstawiające stary samochód o metalicznym połysku. Z tyłu ma on doczepiony generator gazu drzewnego w postaci dużego pojemnika w kształcie wysokiej puszki. Samochód znajduje się na ulicy, przy kamiennym budynku.

Podsumowanie

• Benzyna i olej napędowy to ciecze o charakterystycznym zapachu, rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych. Różnią się między innymi barwą, temperaturą wrzenia oraz gęstością.

• Benzyna pozyskiwana w procesie destylacji frakcyjnej ropy naftowej, zanim stanie się paliwem silnikowym, wymaga modyfikacji.

• Liczba oktanowa ($\text{LO}$) to parametr, który jest miarą odporności benzyny na spalanie detonacyjne.

• Antydetonatory to środki przeciwstukowe, których obecność zwiększa liczbę oktanową benzyny.

• Kraking to metoda otrzymywania benzyny z cięższych frakcji destylacji ropy naftowej.

• Reforming to proces otrzymywania wysokooktanowych komponentów benzyn (węglowodorów o łańcuchach rozgałęzionych i pierścieniowych) z węglowodorów o łańcuchach prostych.

Słownik

Ćwiczenia

Bibliografia

Danikiewicz W., Chemia dla licealistów. Chemia organiczna, Warszawa 2002.

Encyklopedia PWN

Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., To jest chemia. Zakres podstawowy, Warszawa 2012.

Maciejowska I., Warchoł A., Świat chemii. Zakres podstawowy, Kraków 2012.