Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

تحت غطاء محرك السيارة: كيمياء السيارات - سينثيا شاباك

المترجم: Ahmed Mohamed المدقّق: Hani Eldalees

There are over one billion cars in the world today,

هناك أكثر من مليار سيارة في العالم اليوم

getting people where they need to go,

توصل الأشخاص إلى حيث يريدون،

but cars aren't just a mode of transportation,

لكن السيارات ليست فقط وسيلة نقل

they're also a chemistry lesson waiting to be taught.

حيث يوجد بها درس في الكيمياء لنتعلمه.

The process of starting your car begins in the engine cylinders,

عملية تشغيل السيارة تبدأ من اسطوانات المحرك

where a spritz of gasoline from the fuel injector

حيث يتم حقن البنزين عن طريق حاقن الوقود

and a gulp of air from the intake valve

وجرعة من الهواء من صمام السحب

mix together before being ignited by a spark,

وخلطهما معًا قبل أن يُشعلا معًا بواسطة شرارة

forming gases that expand and push the piston.

ليكونا غازات تتمدد وتدفع المكبس

ولكن الاحتراق تفاعل طرد للحرارة يعني أنه يحرر حرارة

But combustion is an exothermic reaction, meaning it releases heat.

Lots of it.

الكثير من الحرارة

And while much of this heat escapes through the tail pipe,

وبينما الكثير من الحرارة يخرج مع العادم

the heat that remains in the engine block needs to be absorbed, transported, and dissipated

الحرارة التي تظل بداخل المحرك تحتاج لأن يتم امتصاصها ونقلها وتشتيتها

to protect the metal components from deforming or even melting.

للحفاظ على الأجزاء المعدنية من التشوه أو الذوبان

This is where the cooling system comes in.

وهنا يبرز دور نظام التبريد

A liquid gets circulated throughout the engine,

سائل يتم تدويره بين ثنايا المحرك

but what kind of liquid can absorb all that heat?

ولكن ما السائل الذي يمكنه امتصاص كل هذه الحرارة؟

Water may seem like an obvious first choice.

يبدو الماء كأول خيار

After all, its specific heat,

ففي النهاية، سعته الحرارية

the amount of energy required to raise the temperature

وهي كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة

of a given amount by one degree Celsius,

كمية محددة من الماء بمقدار درجة واحدة مئوية

is higher than that of any other common substance.

أعلى من أي مادة مماثلة

And we have a lot of heat energy to absorb.

ويوجد الكثير من الطاقة لتُمتَص

But using water can get us into deep trouble.

ولكن استخدام الماء من الممكن أن يسبب مشكلة كبيرة

For one thing, its freezing point is zero degrees Celsius.

بداية، فدرجة تجمد الماء هي صفر درجة مئوية

Since water expands as it freezes,

وحيث إن الماء يتمدد حين يتجمد

a cold winter night could mean a cracked radiator and a damaged engine block,

فليلة شتاء باردة من الممكن أن تسبب مُبَرِد مكسور ومحرك مدمر

a chilling prospect.

احتمال بسبب التبريد

And considering how hot car engines can get,

وبإعتبار السخونة التي من الممكن أن يصل إليها محرك السيارة

the relatively low boiling point of 100 degrees Celsius

نسبة إلى درجة الغليان الصغيرة الخاصة بالماء وهي 100 درجة مئوية

can lead to a situation that would get anyone steamed.

من الممكن أن تؤدي إلى حالة حيث يشيط الجميع

So, instead of water, we use a solution,

لذا، فبدلًا من الماء، يستخدم محلول

a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

خليط متجانس مكون من مُذاب ومذيب

Some of the solution's properties will differ depending on the proportion of solute present.

بعض خواص المحلول تختلف تبعًا لنسب المُذاب

These are called colligative properties, and as luck would have it,

وهذه تسمى الخصائص المترابطة، ولحسن الحظ

they include freezing point depression and boiling point elevation.

هذا يتضمن انخفاض درجة التجمد وارتفاع درجة الغليان

So, solutions have both a lower freezing point and a higher boiling point than pure solvent,

لذا، للمحلول درجة تجمد أقل ودرجة غليان أعلى من المذيب

and the more solute is present, the bigger the difference.

وكلما زاد المُذاب، زاد الفرق

So, why do these properties change?

إذاً، لماذا تتغير هذه الخصائص؟

First of all, we need to understand that temperature is a measure

في البداية، يجب أن نعرف أن الحرارة هي مقياس

of the particle's average kinetic energy.

لمتوسط الطاقة الحركية للجزئ

The colder the liquid, the less of this energy there is,

وكلما كان السائل أبرد، كانت طاقته أقل

and the slower the molecules move.

وبطُئَت حركة الجزيئات

When a liquid freezes, the molecules slow down,

وعندما يتجمد السائل، تتباطأ الجزيئات

enough for their attractive forces to act on each other,

لدرجة تسمح لقوى التجاذب أن تعمل فيما بينهم

arranging themselves into a crystal structure.

وترتيب أنفسهم في بنية بلورية

But the presence of solute particles gets in the way of these attractions,

ولكن وجود جزيئات المُذاب تقف في طريق قوى الجذب

requiring a solution to be cooled down further before the arrangement can occur.

لتتطلب من المحلول أن يبرد أكثر حتى يحدث الترتيب

As for the boiling point, when a liquid boils,

وأما بالنسبة لدرجة الغليان، عندما يغلي السائل

it produces bubbles filled with its vapor,

يُنتِج فقاعات مملوءة ببخار

but for a bubble to form, the vapor pressure must become as strong

ولكن لتتكون الفقاعات يجب أن يكون ضغط البخار بنفس قوة

as the atmosphere constantly pushing down on the surface of the liquid.

ضغط الهواء الجوي التي يضغط بها على السائل

As the liquid is heated, the vapor pressure increases,

وبينما يُسخن السائل، يزداد ضغط البخار

and when it becomes equal to the atmospheric pressure,

وعندما يصبح مساوٍ للضغط الجوي

the bubbles form and boiling occurs.

تتكون الفقاعات ويحدث الغليان

A solution's vapor pressure is lower than that of pure solvent,

ضغط بخار المحلول أقل من ضغط المذيب النقي

so it must be heated to an even higher temperature

لذلك يجب أن يُسخن لدرجة حرارة أعلى

before it can match the strength of the atmosphere.

قبل أن يصل إلى الهواء الجوي

As an added bonus, the pressure in the radiator

وكإضافة، الضغط في المُبَرِد

is kept above atmospheric pressure,

يُحفَظ أعلى من الضغط الجوي

raising the boiling point by another 25 degrees Celsius.

مما يرفع درجة الغليان أكثر بمقدار 25 درجة مئوية

The solution commonly used for a car's cooling system

المحلول الذي يستخدم عادة لنظام تبريد السيارات

is a 50/50 mixture of ethylene glycol and water,

يتكون من إيثيل جليكول وماء بنسبة 50/50

which freezes at -37 degrees Celsius and boils at 106 degrees Celsius.

والذي يتجمد عند 37- درجة مئوية ويغلي عند درجة 106 مئوية

At the highest recommended proportion of 70 to 30,

وعند أعلى نسبة خلط يُنصح بها 70/30

the freezing point is even lower at -55 degrees Celsius,

تقل درجة التجمد إلى 55- درجة مئوية

and the boiling point rises to 113 degrees Celsius.

وترتفع درجة الغليان إلى 113 درجة مئوية

As you can see, the more ethylene glycol you add,

وكما ترى، كلما زاد الإيثيل جليكول الذي تضيفه

the more protection you get, so why not go even higher?

كلما زادت الحماية التي تحصل عليها إذاً لماذا لا نزيد أكثر؟

Well, it turns out you can have too much of a good thing

لقد اتضح أنه لا يمكنك الحصول على الكثير من الأشياء الجيدة

because at higher proportions,

لأنه في حالة النسب العالية

the freezing point actually starts to go back up.

تبدأ درجة التجمد في الرجوع مجددًا

The properties of the solution head towards the properties of ethylene glycol,

وتميل خواص المحلول إلى أن تكون هي خواص الإيثيل جليكول

which freezes at -12.9 degrees Celsius,

والذي يتجمد عند 12.9- درجة مئوية

a higher temperature than we attained with the solution.

وهي أعلى مما نحصل عليه في حالة المحلول

The solution flows through the engine, absorbing heat along the way.

ينساب المحلول بداخل المحرك ممتصًا للحرارة

When it reaches the radiator, it's cooled by a fan,

وعندما يصل إلى المُبرِد، يتم تبريده بواسطة مروحة

as well as air rushing through the front of the car

حيث يندفع الهواء خلال مقدمة السيارة

before returning to the hot engine compartment.

قبل أن يعود إلى أجزاء المحرك الساخنة

So, an effective and safe engine coolant

لذلك، ليكون سائل التبريد مؤثر وآمن

must have a high specific heat, a low freezing point, and a high boiling point.

يجب أن تكون له سعة حرارية عالية، ودرجة تجمد منخفضة ودرجة غليان عالية

But instead of searching all over the world for the perfect liquid to solve our problem,

ولكن بدلًا من البحث في حول العالم عن السائل المثالي الذي يحل مشكلتنا

we can create our own solution.

يمكننا أن نصنع محلولنا الخاص.