Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

Sotto il cofano: la chimica delle automobili - Cynthia Chubbuck

Traduttore: Alessandra Tadiotto Revisore: Ariana Bleau Lugo

There are over one billion cars in the world today,

Oggigiorno ci sono più di un miliardo di auto nel mondo

getting people where they need to go,

che portano le persone dove vogliono,

but cars aren't just a mode of transportation,

ma le auto non sono solo un mezzo di trasporto,

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

sono anche una lezione di chimica che va spiegata.

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

Il processo di accensione dell'auto inizia nei cilindri del motore,

where a spritz of gasoline from the fuel injector

dove uno spruzzo di carburante proveniente dall'iniettore

and a gulp of air from the intake valve

e un colpo d'aria proveniente dalla valvola di immissione

mix together before being ignited by a spark,

si mescolano prima di essere innescati da una scintilla,

forming gases that expand and push the piston.

formando così dei gas che si espandono e fanno pressione sul pistone.

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

Ma la combustione è una reazione esotermica,

ovvero rilascia calore. Molto calore.

Lots of it.

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

Mentre parte di questo calore viene dispersa attraverso il tubo di scappamento,

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

il calore che rimane nel blocco motore

deve essere riassorbito, trasportato e dissipato

per evitare che le componenti metalliche si deformino o fondano.

to protect the metal components from deforming or even melting.

This is where the cooling system comes in.

Ecco che entra in gioco il sistema di raffreddamento.

A liquid gets circulated throughout the engine,

Viene fatto circolare un liquido attraverso tutto il motore,

but what kind of liquid can absorb all that heat?

ma quale tipo di liquido può assorbire quel calore?

Water may seem like an obvious first choice.

L'acqua sembrerebbe una scelta ovvia,

After all, its specific heat,

dopotutto, il suo calore specifico,

the amount of energy required to raise the temperature

la quantità di energia richiesta per alzare la temperatura

of a given amount by one degree Celsius,

di una data massa di un grado Celsius,

is higher than that of any other common substance.

è maggiore di quello di qualsiasi altra sostanza comune.

And we have a lot of heat energy to absorb.

E c'è molta energia calorifica da assorbire.

But using water can get us into deep trouble.

Ma se si usa l'acqua, si possono creare dei problemi.

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

Il suo punto di congelamento è 0 °C.

Since water expands as it freezes,

Dato che l'acqua si espande quando ghiaccia,

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

un inverno rigido causerebbe la rottura del radiatore e il blocco del motore,

una prospettiva terrificante.

a chilling prospect.

And considering how hot car engines can get,

E considerando che temperatura raggiungono i motori,

the relatively low boiling point of 100 degrees Celsius

il punto di ebollizione dell'acqua, pari a 100 °C,

can lead to a situation that would get anyone steamed.

creerebbe una situazione in cui chiunque finirebbe cotto al vapore.

So, instead of water, we use a solution,

Perciò, invece dell'acqua, utilizziamo una soluzione,

a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

un composto omogeneo di un soluto e un solvente.

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

Alcune caratteristiche della soluzione varieranno in base alla quantità di soluto.

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

Vengono chiamate proprietà colligative, e, fortunatamente, implicano

they include freezing point depression and boiling point elevation.

la diminuzione del punto di solidificazione e l'elevazione del punto di ebollizione.

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

Le soluzioni hanno dunque un punto di congelamento minore

e un punto di ebollizione maggiore rispetto al solvente puro,

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

e più alta è la concentrazione di soluto, maggiore è la differenza.

So, why do these properties change?

Ma allora, perché cambiano queste proprietà?

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

Prima di tutto, dobbiamo capire che la temperatura è una misura

of the particle's average kinetic energy.

della energia cinetica media di una particella.

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

Più freddo è il liquido, meno energia cinetica è presente,

and the slower the molecules move.

e le molecole si muovono più lentamente.

When a liquid freezes, the molecules slow down,

Quando un liquido ghiaccia, le molecole rallentano così tanto

enough for their attractive forces to act on each other,

che la forza di attrazione di ognuna reagisce a quella delle altre,

arranging themselves into a crystal structure.

andando a formare una struttura a cristallo.

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

La presenza di particelle di soluto intervengono in questa dinamica,

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

così che una soluzione richiede temperature più basse

affinché il fenomeno avvenga.

As for the boiling point, when a liquid boils,

Allo stesso modo, quando un liquido bolle,

it produces bubbles filled with its vapor,

produce bolle piene di vapore,

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

ma affinchè si formi una bolla, la pressione del vapore deve essere pari

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

a quella dell'aria che spinge contro la superficie del liquido.

As the liquid is heated, the vapor pressure increases,

Quando il liquido si riscalda, la pressione del vapore aumenta

and when it becomes equal to the atmospheric pressure,

e quando diventa pari a quella della pressione atmosferica,

the bubbles form and boiling occurs.

si formano le bolle e avviene l'ebollizione.

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

La pressione del vapore di una soluzione è inferiore a quella del solvente puro,

so it must be heated to an even higher temperature

perciò deve essere riscaldata a temperature ben più alte

before it can match the strength of the atmosphere.

prima di uguagliare quella dell'ambiente circostante.

As an added bonus, the pressure in the radiator

Un ulteriore vantaggio è che nel radiatore la pressione

is kept above atmospheric pressure,

è mantenuta superiore a quella atmosferica,

raising the boiling point by another 25 degrees Celsius.

alzando così il punto di ebollizione di altri 25 °C.

The solution commonly used for a car's cooling system

La soluzione comunemente usata per il sistema di raffreddamento di un'auto

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

è una miscela al 50:50 di glicole etilenico e acqua,

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

che congela a -37 °C e bolle a 106 °C.

At the highest recommended proportion of 70 to 30,

Se la miscela è composta in proporzione 70 : 30,

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

il punto di congelamento passa a -55 °C,

and the boiling point rises to 113 degrees Celsius.

mentre quello di ebollizione passa a 113 °C.

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

Come potete vedere, più glicole etilenico si aggiunge,

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

più protezione si ottiene, ma allora perché non metterne di più?

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

Si sa che non si può mai pretendere troppo,

because at higher proportions,

infatti a proporzioni maggiori,

the freezing point actually starts to go back up.

il punto di congelamento comincia a tornare indietro.

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

Le proprietà della soluzione si spostano verso quelle del glicole etilenico,

which freezes at -12.9 degrees Celsius,

che congela a -12,9 °C,

a higher temperature than we attained with the solution.

una temperatura maggiore rispetto a quella ottenuta con la soluzione.

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

La soluzione scorre nel motore, assorbendo il calore lungo il tragitto.

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

Quando raggiunge il radiatore, viene raffreddata da un ventilatore,

as well as air rushing through the front of the car

e dall'aria che entra attraverso il cofano dell'auto

before returning to the hot engine compartment.

prima di rientrare in circolo.

So, an effective and safe engine coolant

Quindi, un sistema di raffreddamento efficace e sicuro

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

deve avere un alto calore specifico,

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

Ma invece di cercare in tutto il mondo

il liquido perfetto per risolvere il problema,

we can create our own solution.

possiamo crearci da soli la giusta soluzione.