Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

Dưới mui xe: Hóa học trong chiếc ôtô - Cynthia Chubbuck

Translator: Silver Wings Reviewer: Ha Ly Nguyen

There are over one billion cars in the world today,

Hiện nay trên thế giới có hàng tỷ chiếc ôtô,

getting people where they need to go,

đưa con người tới mọi nơi họ cần,

but cars aren't just a mode of transportation,

nhưng ôtô không chỉ là một loại phương tiện,

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

chúng có thể cũng là một bài hóa học ít gặp.

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

Quá trình khởi động động cơ của bạn bắt đầu bên trong xilanh động cơ,

where a spritz of gasoline from the fuel injector

một lượng xăng dạng sương từ bộ phận phun nhiên liệu

and a gulp of air from the intake valve

và một luồng không khí từ van nạp

mix together before being ignited by a spark,

trộn với nhau trước khi được đánh lửa bởi tia điện,

forming gases that expand and push the piston.

hình thành hỗn hợp cháy giãn nở và đẩy pit-tông.

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

Nhưng cháy là một phản ứng tỏa nhiệt, nghĩa là nó giải phóng nhiệt.

Lots of it.

Rất nhiều.

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

Và trong khi một lượng nhiệt thoát ra ngoài thông qua ống xả,

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

phần nhiệt ở trong khối động cơ cần được hấp thụ, vận chuyển, và tiêu tán

to protect the metal components from deforming or even melting.

để bảo vệ các khối kim loại khỏi biến dạng hoặc thậm chí nóng chảy.

This is where the cooling system comes in.

Đấy là nơi hệ thống làm mát xuất hiện.

A liquid gets circulated throughout the engine,

Một chất lỏng chảy tuần hoàn khắp động cơ,

but what kind of liquid can absorb all that heat?

loại chất lỏng nào có thể hấp thụ toàn lượng nhiệt?

Water may seem like an obvious first choice.

Nước thoạt nhiên có thể là lựa chọn đầu tiên.

After all, its specific heat,

Trên hết, nhiệt dung riêng của nó,

the amount of energy required to raise the temperature

phần năng lượng cần thiết để tăng nhiệt độ

of a given amount by one degree Celsius,

một lượng cố định bằng một độ C,

is higher than that of any other common substance.

cao hơn bất kỳ hợp chất phổ biến nào.

And we have a lot of heat energy to absorb.

Và ta có một lượng nhiệt lớn cần hấp thụ.

But using water can get us into deep trouble.

Nhưng sử dụng nước có thể còn khó khăn hơn.

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

Một lý do là, nhiệt độ đông đặc của nó là 0 độ C.

Since water expands as it freezes,

Vì nước giãn nở khi nó đông đặc,

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

một đêm mùa đông lạnh giá có thể gây ra nứt bộ tản nhiệt và phá hủy động cơ,

a chilling prospect.

một viễn cảnh ớn lạnh.

And considering how hot car engines can get,

Còn việc động cơ ôtô có thể nóng đến mức nào,

the relatively low boiling point of 100 degrees Celsius

nhiệt độ sôi tương đối thấp (100 độ C) của nó

can lead to a situation that would get anyone steamed.

có thể dẫn đến tình huống khiến bất kỳ ai bị xông hơi.

So, instead of water, we use a solution,

Do đó, thay vì nước, chúng ta sử dụng một dung dịch,

a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

một hỗn hợp đồng thể bao gồm một chất tan và một dung môi.

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

Một vài tính chất của dung dịch sẽ khác phụ thuộc vào tỉ lệ chất tan có mặt.

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

Chúng được gọi là những tính chất kết hợp, và thật may,

they include freezing point depression and boiling point elevation.

bao gồm giảm nhiệt độ đông đặc và nâng cao nhiệt độ sôi.

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

Và dung dịch có nhiệt độ đông đặc thấp hơn nhiệt độ sôi cao hơn dung môi nguyên chất,

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

càng nhiều chất tan, sự khác biệt càng lớn.

So, why do these properties change?

Vậy, tại sao những tính chất này lại thay đổi?

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

Trước tiên, chúng ta cần hiểu rằng nhiệt độ là đại lượng đo

of the particle's average kinetic energy.

động năng trung bình của các phân từ.

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

Chất lỏng càng lạnh, càng có ít năng lượng,

and the slower the molecules move.

và các phân tử càng chuyển động chậm hơn.

When a liquid freezes, the molecules slow down,

Khi chất lỏng đông đặc, phân tử di chuyển chậm dần,

enough for their attractive forces to act on each other,

đủ để lực hấp dẫn giữa chúng tương tác lên nhau,

arranging themselves into a crystal structure.

sắp xếp chúng thành cấu trúc tinh thể.

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

Nhưng các phân tử chất tan làm ảnh hưởng đến lực tương tác này,

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

đòi hỏi dung dịch được làm lạnh sâu hơn trước khi sự sắp xếp xuất hiện.

As for the boiling point, when a liquid boils,

Cũng như nhiệt độ sôi, khi một chất lỏng sôi,

it produces bubbles filled with its vapor,

nó sinh ra bọt chứa đầy hơi nước trong đó,

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

nhưng để một bong bóng khí hình thành, áp suất hơi phải trở lên đủ lớn

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

giống như khí quyển liên tục đẩy xuống bề mặt chất lỏng.

As the liquid is heated, the vapor pressure increases,

Khi chất lỏng được gia nhiệt, áp suất hơi tăng lên,

and when it becomes equal to the atmospheric pressure,

và khi nó lớn bằng áp suất khí quyển,

the bubbles form and boiling occurs.

bọt khí hình thành và bắt đầu sôi.

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

Áp suất hơi của dung dịch thấp hơn của dung môi nguyên chất,

so it must be heated to an even higher temperature

vì thế nó phải được gia nhiệt lên nhiệt độ cao hơn

before it can match the strength of the atmosphere.

trước khi nó có thể cân bằng với lực của khí quyển.

As an added bonus, the pressure in the radiator

Như một điểm cộng thêm, áp suất trong bộ tản nhiệt

is kept above atmospheric pressure,

được giữ cao hơn áp suất khí quyển,

raising the boiling point by another 25 degrees Celsius.

do đó nâng nhiệt độ sôi tăng thêm 25 độ C nữa.

The solution commonly used for a car's cooling system

Dung dịch thường được sử dụng cho hệ thống làm mát ôtô

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

là hỗn hợp 50/50 ethylene glycol và nước,

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

chúng đông đặc ở -37 độ C và sôi ở 106 độ C.

At the highest recommended proportion of 70 to 30,

Ở một tỉ lệ khuyến cáo cao nhất 70/30,

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

điểm đông đặc thậm chí còn thấp hơn, ở -55 độC,

and the boiling point rises to 113 degrees Celsius.

và nhiệt độ sôi lên tới 113 độ C.

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

Như bạn thấy đó, càng thêm ehtylene glycol,

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

càng đạt trạng thái bảo vệ tốt, vậy sao không sử dụng cao hơn nữa?

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

Điều ngạc nhiên là ta đã có quá nhiều ở một tính chất tốt

because at higher proportions,

bởi vì ở tỷ lệ cao hơn,

the freezing point actually starts to go back up.

điểm đông đặc thực tế bắt đầu đảo ngược.

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

Tính chất của dung dịch thường theo tính chất của ethylene glycol,

which freezes at -12.9 degrees Celsius,

đông đặc ở -12.9 độ C,

a higher temperature than we attained with the solution.

một nhiệt độ cao hơn là khi chúng ta đạt được với dung dịch.

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

Dung dịch làm mát chảy bên ngoài động cơ, hấp thụ nhiệt dọc đường đi.

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

Khi đến bộ tản nhiệt, nó được làm mát bởi một chiếc quạt,

as well as air rushing through the front of the car

nhờ dòng khí thổi xuyên qua phía trước ôtô

before returning to the hot engine compartment.

trước khi trở lại phần động cơ nóng.

So, an effective and safe engine coolant

Một dung dịch làm mát hiệu quả và an toàn

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

phải có nhiệt dung riêng cao, điểm đông đặc thấp, và nhiệt độ sôi cao.

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

Nhưng thay vì tìm kiếm khắp nơi một chất lỏng hoàn hảo để giải quyết,

we can create our own solution.

chúng ta có thể tự tạo ra dung dịch của riêng mình.