Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

Капоттың астында: Автокөліктердің химиясы - Синтия Чаббак

Аудармашы: Sandibek Rysbay Редактор: Asqat Yerkimbay

There are over one billion cars in the world today,

Дүние жүзінде адамдарды қажет жеріне жеткізетін

getting people where they need to go,

миллиардтаған автокөлік бар.

but cars aren't just a mode of transportation,

Автокөліктер көліктің бір түрі болып қана қоймай,

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

химия сабағын үйрететін құрал болып есептеледі.

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

Көлігіңіздің оталдыру үрдісі мотор цилиндрінен басталады.

where a spritz of gasoline from the fuel injector

Цилиндрде отын инжекторынан келген бензин шашырандысы мен

and a gulp of air from the intake valve

демшығарғыш клапанынан келген бір жұтым ауа

mix together before being ignited by a spark,

бір-бірімен араласады, олар от ұшқынынан тұтанып, газға айналады.

forming gases that expand and push the piston.

Газ көлемі ұлғайып, поршенді итереді.

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

Алайда тұтану - экзотермиялық реакция, жылу бөледі дегенді білдіреді.

Lots of it.

Көп жылу.

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

Әрі осы жылудың көп бөлігі газ шығатын түтік арқылы шыққанымен

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

мотор блогында қалған жылу сіңіп, тасымалданып, ыдырап кетуі тиіс,

to protect the metal components from deforming or even melting.

метал бөлшектердің деформациялануынан, тіпті балқып кетуінен қорғау үшін.

This is where the cooling system comes in.

Бұл - салқындату жүйесі басталатын жер.

A liquid gets circulated throughout the engine,

Сұйықтық бүкіл мотордың бойымен айналады,

but what kind of liquid can absorb all that heat?

бірақ бұл жылуды сұйықтықтың қай түрі сіңіре алады?

Water may seem like an obvious first choice.

Ойымызға бірден су келуі мүмкін мүмкін.

After all, its specific heat,

Ақыр аяғында оның өзіне тән жылуы,

the amount of energy required to raise the temperature

яғни берілген мөлшер температурасын

of a given amount by one degree Celsius,

1°C-қа өсіретін қажетті энергия мөлшері -

is higher than that of any other common substance.

кез келген өзге ортақ заттың энергия мөлшерінен жоғарырақ.

And we have a lot of heat energy to absorb.

Әрі бізде сіңуі тиіс көп жылу энергиясы бар.

But using water can get us into deep trouble.

Бірақ суды қолдану бізді тығырыққа тіреуі мүмкін.

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

Біріншіден оның қату нүктесі - 0°C.

Since water expands as it freezes,

Су қатқан бойда көлемінің өсуінен

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

аязды қыс түні радиатор жарылып, мотор блогы бұзылуы мүмкін,

a chilling prospect.

қорқынышты болжам.

And considering how hot car engines can get,

Автокөліктің қаншалықты жыли алатынын есепке ала отырып,

the relatively low boiling point of 100 degrees Celsius

100°C салыстырмалы төмен қайнау нүктесі

can lead to a situation that would get anyone steamed.

будың пайда болуына әкелуі мүмкін.

So, instead of water, we use a solution,

Сондықтан судың орнына ерітіндіні, яғни

a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

ерігіш пен еріткіштен құралған гомогенді қоспаны пайдаланамыз.

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

Кей ерітіндінің қасиеттері құрамындағы ерігіштің үлесіне орай өзгеше болады.

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

Бұлар коллигативті қасиеттер деп аталады, әдейі ойлап табылғандай

бұларға қату температурасының азаюы мен қайнау температурасының өсуі кіреді.

they include freezing point depression and boiling point elevation.

Таза ерітінделерден гөрі бұл ерітінділерде

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

төмен қату температурасымен қатар жоғары қайнау температурасы да бар,

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

әрі ерігіш көп болған сайын айырмышылық та көбейеді.

So, why do these properties change?

Сөйтіп, бұл қасиеттер неліктен өзгереді?

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

Ең алдымен температура - бөлшектің орташа кинетикалық энергиясының

of the particle's average kinetic energy.

өлшемі екенін түсінуіміз қажет.

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

Сұйықтық салқындаған сайын осы бар энергия да азаяды,

and the slower the molecules move.

әрі молекулалар да баяуырақ қозғала бастайды.

When a liquid freezes, the molecules slow down,

Сұйықтық қатқан кезде молекулалалар баяулайды,

enough for their attractive forces to act on each other,

бұл - өздерін кристалдық құрылымға топтастыра отырып,

arranging themselves into a crystal structure.

бір-біріне әрекеттестіретін тартылыс күші үшін жеткілікті.

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

Бірақ еритін бөлшектер осы тартылысқа кедергі жасайды,

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

яғни кристалдық тор туындамас бұрын ерітінді одан әрі салқындай түседі.

As for the boiling point, when a liquid boils,

Ал қайнау нүктесіне келер болсақ, сұйықтық қайнаған кезде

it produces bubbles filled with its vapor,

ол өз буынан құралған көпіршіктер түзеді,

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

алайда көпірішік түзілуі үшін атмосфера сұйықтық бетін үнемі қалай итерсе,

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

бу қысымы да сонша күшке ие болуы тиіс.

As the liquid is heated, the vapor pressure increases,

Сұйықтық қызған кезде бу қысымы өседі,

and when it becomes equal to the atmospheric pressure,

әрі ол атмосфера қысымына теңескен бойда

the bubbles form and boiling occurs.

көпіршіктер түзіп, қайнай бастайды.

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

Ерітінді буының қысымы таза еріткіштен төмендеу болады,

so it must be heated to an even higher temperature

сондықтан ол атмосфера күшіне теңеспес бұрын

before it can match the strength of the atmosphere.

тіпті жоғары температурада да қызуы тиіс.

As an added bonus, the pressure in the radiator

Қосымша бонус ретінде қайнау температурасын

is kept above atmospheric pressure,

тағы 25°C-қа өсіре отырып,

raising the boiling point by another 25 degrees Celsius.

радиатордағы қысым атмоасфера қысымынан жоғары күйді сақтайды.

The solution commonly used for a car's cooling system

Автокөліктің салқындату жүйесінде жалпы қолданылатын ерітінді -

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

этиленгликоль мен судың 50 де 50 қоспасы.

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

Бұл қоспа -37°C-та қатып, 106°C-та қайнайды.

At the highest recommended proportion of 70 to 30,

Ұсынылатын ең жоғары 70 те 30 үлестік қатынасында

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

қату нүктесі тіпті -55°C-тан да төмендеп,

and the boiling point rises to 113 degrees Celsius.

қайнау нүктесі 113°C-қа дейін өседі.

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

Көріп тұрғаныңыздай қанша этиленгликоль қоссаңыз,

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

сонша қорғанысқа қол жеткізесіз, бірақ не үшін одан әрірек бармаймыз?

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

Сізде жақсы нәрсе тым мол болып шығады,

because at higher proportions,

себебі жоғары үлестік қатынастарда

the freezing point actually starts to go back up.

қату нүктесі іс жүзінде қалпына келе бастайды.

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

Ерітіндінің қасиеттері этиленгликольдің қасиеттеріне қарай ығыса бастайды,

which freezes at -12.9 degrees Celsius,

яғни этиленгликоль -12,9°C-та қатады,

a higher temperature than we attained with the solution.

бұл ерітіндімен қол жеткізген температурадан жоғарылау.

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

Ерітінді жолындағы жылуды сіңіре отырып, мотор бойымен ағады.

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

Ерітінді радиаторға жеткен бойда оны желдеткішпен қатар

as well as air rushing through the front of the car

автокөліктің алдынан келген ауа ағыны салқындатады,

before returning to the hot engine compartment.

мотор бөлігі қайта ысимын дегенше.

So, an effective and safe engine coolant

Сөйтіп, тиімді, әрі қауіпсіз мотор салқындатқышының

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

өзіне тән жоғары жылуы, төмен қату нүктесі және жоғары қайнау нүктесі болуы тиіс.

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

Бірақ бүкіл дүние жүзінен мәселемізді шешу үшін мінсіз сұйықтықты іздеу орнына

we can create our own solution.

өзіміздің ерітіндімізді жасап шығара аламыз.