Где Вы найдете химию в Вашем автомобиле?

Что можно использовать для сборки автомобиля?

Хотя сердцем каждого автомобиля является двигатель, и он во многом определяет динамику всего транспортного средства, не менее важную роль играют прочие элементы, в том числе и кузов. Материал, из которого он изготовлен, представляет собой сочетание знаний и опыта в области химии, физики и материаловедения. Хотя основным материалом, используемым в кузовах, по-прежнему является сталь, применение композитов, полимеров и даже некоторых переработанных отходов становится все более распространенной практикой.

Большинство деталей кузова изготовлены из стального проката. Сталь – это сплав железа и углерода. Кроме того, для улучшения свойств конечного материала вводятся модификаторы в виде выбранных химических элементов, в том числе меди, марганца, никеля и кобальта. В зависимости от вида автомобильного компонента используемая сталь имеет несколько иной весовой состав, например сталь, используемая в подшипниковой части, характеризуется низким содержанием углерода. Более того, для выполнения конкретных требований инженеры разработали специальные марки стали, в том числе обеспечивающие требуемую пластичность или прочность готового изделия.

Например, для изготовления автомобильной рамы может использоваться алюминий. Использование этого металла имеет некоторые недостатки по сравнению со сталью, например, меньшую механическую прочность, однако он менее восприимчив к влаге. Алюминий используется исключительно в виде сплавов. Тип и количество легирующих добавок зависит от требуемых конечных свойств. Наиболее часто используются магний, кремний, медь и марганец. Отдельные сплавы отличаются друг от друга параметрами, поэтому их следует выбирать в соответствии с требованиями конечного элемента.

Широко применяемыми конструкционными материалами являются композиты. Так определяются материалы, состоящие из более чем двух составляющих. Для производства композитов для нужд автомобилестроения используются так называемые металлические (железо и его сплавы, никелевые сплавы, алюминий, магний, медь и др.), керамические (оксид алюминия, нитрид кремния и др.) и полимерные (термореактивные и хемореактивные смолы, термопласты и др.) матрицы. Наиболее часто используемые композиты представляют собой стекловолокна. Их получают путем добавления полимерного наполнителя в стекловолокно. В последние годы особое внимание также уделяется применению композитов, армированных углеродным волокном, в связи с их рядом преимуществ, среди которых, прежде всего, высокая механическая прочность.

Топливо и смазки

Топливо и смазки являются очередным элементом, играющим очень важную роль в автомобильной промышленности. Здесь также можно найти множество химических соединений.

Топливо

Главное в топливе – это его свойства. Они напрямую зависят от его химического состава. Топливо – это в основном углеводородные продукты, содержащие примеси других элементов.

• Бензин — представляет собой жидкую смесь алифатических углеводородов, содержащих от 5 до 12 атомов углерода, полученную в процессе ректификации нефти. Кроме того, бензин содержит ненасыщенные (имеющие в молекулах множественные связи) и ароматические (имеющие бензольные кольца) углеводороды. Для улучшения свойств также добавляются так называемые антидетонаторы, которые являются выбранными химическими соединениями. Их общее содержание обычно не превышает 1%. Важным параметром, определяющим качество бензина, является октановое число. Это показатель, который характеризует детонационную стойкость топлива. На заправочных станциях доступен бензин с октановым числом 95 и 98.
• Дизельное топливо — топливо, полученное в процессе перегонки нефти. В состав дизельного топлива входят нафтеновые, парафиновые и ароматические углеводороды. Сырой продукт содержит большое количество серы, что крайне неблагоприятно. Именно поэтому он удаляется в процессе гидроочистки. О качестве дизельного топлива говорит так называемое цетановое число. Это параметр, который указывает на способность дизельного топлива к самовоспламенению. Данный фактор зависит от химического состава. Чем выше цетановое число, тем легче запустить холодный двигатель с минимальным выбросом выхлопных газов.
• LPG (пропан-бутан) и CNG (метан) – это два типа газа, используемые в автомобильной промышленности. В автомобилях чаще всего используются системы LPG. Этот газ представляет собой смесь углеводородов нефтяного происхождения. В его состав входят главным образом пропан и бутан. Он добывается из нефтяных месторождений вместе с нефтью. Часть LPG является побочным продуктом переработки сырой нефти. CNG – это сжатый природный газ, добываемый из скважин. Он представляет собой природный газ, в основном метан. Кроме того, он может содержать азот, этан или пропан в небольших количествах. Содержание отдельных компонентов зависит от газового месторождения.

Смазки и масла

Смазки и масла не менее важны для автомобилей. Они выполняют ряд функций по контролю трения и износа отдельных компонентов. Смазки также защищают двигатель от коррозии, обеспечивают правильную температуру поршней и многое другое.

Существуют следующие виды смазок и масел:

• Моторные масла — смазочные материалы, защищающие двигатель. В подавляющем большинстве они состоят из базового масла, остальное – добавки, влияющие на их свойства. Основой обычно являются минеральные масла, которые представляют собой смесь жидких углеводородов, полученных в результате переработки нефти. В качестве добавок используются поверхностно-активные вещества, выполняющие функцию эмульгаторов, модификаторов вязкости и антикоррозионных средств.
• Трансмиссионные масла – их основной задачей является уменьшение трения взаимодействующих элементов. Основным компонентом является масляная основа, представляющая собой минеральные или синтетические масла. Остальное составляют различные виды добавок.
• Пластичные смазки – применяются в местах соединения подвижных элементов (подшипники, шарниры и т.д.). Структура пластичных смазок напоминает каркас, изготовленный из загустителя (обычно это простое мыло, воски, полимеры или гидролизованный кремнезем), внутри которого находится масло. Объемную часть в смазках занимает дисперсная фаза, которая представляет собой минеральные или синтетические масла, полигликоли, сложные эфиры или жидкие силиконы. Кроме того, используются облагораживающие добавки, например порошки металлов, тефлон или дисульфид молибдена. Состав пластичных смазок может быть самым разнообразным в зависимости от производителя, а также от его свойств и конечного использования.

Автомобильный гальванический элемент, то есть аккумулятор

Аккумулятор – это реверсивный электрохимический источник энергии. В автомобилях он отвечает за накопление энергии, которая используется, среди прочего, для питания всех устройств и систем автомобиля, или же для запуска двигателя. В каждом элементе происходят химические реакции, являющиеся источником электронов. Движущиеся электроны представляют собой электрический ток. Основной тип аккумуляторов в автомобилях – свинцово-кислотные.

Аккумуляторы – это очень «химические» устройства. Они состоят из ряда последовательно соединенных элементов. Аккумуляторы размещаются в отдельных камерах корпуса, выполненных из кислотоупорного материала. Одиночный элемент состоит из положительных и отрицательных пластин, расположенных поочередно. Положительный электрод изготовлен из диоксида свинца, а отрицательный — из пористого свинца. Каркас каждой пластины представляет собой решетку из свинцово-кальциевого сплава. Современные аккумуляторы содержат еще один химический элемент – серебро. Оно способствует повышению устойчивости устройства к циклической работе и высоким температурам электролита. Сепараторы пластин в аккумуляторе изготовлены из полиэтилена. Пространство между пластинами заполнено 37% водным раствором серной кислоты (VI).

Принцип работы аккумулятора основан на химической реакции. Вода из раствора серной кислоты (VI) вызывает распад (диссоциацию) ее молекул на ионы водорода и кислотные остатки, которые транспортируются между положительной и отрицательной пластинами во время зарядки и разрядки аккумулятора. Когда аккумулятор подключен к токоприемнику, ток идет через электролит. Химический состав электродов изменяется и образуется сульфат свинца, то есть происходит разряд аккумулятора. Его загрузка осуществляется путем реверса всего процесса. Когда ток идет от внешнего источника, например выпрямителя, он преобразует сульфат свинца обратно в диоксид свинца и пористый свинец. Во время зарядки происходит также разложение, то есть электролиз воды на кислород и водород.

Автохимия

Никого не нужно убеждать в том, что уход за автомобилем крайне важен. Он нужен не только, чтобы поддерживать чистоту и порядок в автомобиля, но также способствует продлению срока эксплуатации ряда элементов оборудования. В народе препараты, использующиеся для ухода за автомобилем, называются автохимией.

Среди продуктов автохимии числятся:

• средства по уходу за кузовом,
• средства по уходу за обивкой,
• средства по уходу за приборной панелью,
• консерванты для механических частей.

В состав вышеупомянутых продуктов входит ряд химических веществ. Их тип и количество зависят от конечного назначения препарата. Средства для мытья и ухода за кузовом, т. е. шампуни, будут содержать в основном сурфактанты (поверхностно-активные вещества). Они отвечают за эффективное удаление загрязняющих веществ. К таким веществам можно отнести соединения, носящие названия по системе INCI например, Sodium Lauryl Sulphate или Coco Dieathanolamide. Кроме того, часто используется хлорид натрия и изопропиловый спирт. Спирты используются, прежде всего, в препаратах для очистки и ухода за автомобильными стеклами. Они облегчают удаление загрязнений и, кроме того, быстро испаряются, поэтому не оставляют разводов. Средства для чистки обивки и приборной панели – это в первую очередь вещества с моющими и обезжиривающими свойствами, а также поверхностно-активные вещества и воски. В качестве добавок используются ароматические соединения.