Айзък Азимов
Светът на въглерода (6)

Разклонения на веригата

Някои видове бензин са по-скъпи от други. Нека се върнем към структурните формули, за да разберем защо е така.

Когато мислите за един въглеводород със седем или осем въглеродни атома, съвсем естествено е да си представите, че въглеродните атоми са нанизани един след друг в права линия. Все пак не е задължително винаги да е така. Въглеродните атоми могат да бъдат подредени по какъвто и да е начин. Да вземем бутана, въглеводорода с четири въглеродни атома като пример. Той може да бъде изграден по два различни начина:

Ако преброите атомите в една молекула, ще установите, че всяка съдържа четири въглеродни и десет водородни атома. Независимо от това поради различното подреждане на атомите двете молекули имат някои различия в свойствата. Молекули, чиито атоми са еднакви по брой и по вид, но са различно подредени, се наричат изомери. Молекулата с четири въглеродни атома, разположени в права линия (съединение с права верига), се нарича нормален бутан. Молекулата с четири въглеродни атома, които не са разположени в права линия (съединение с разклонена верига), се нарича изобутан^[1].

За съединение с четири въглеродни атома са възможни само две подреждания на въглеродните атоми. При повече въглеродни атоми в молекулата броят на възможните подреждания рязко нараства. В крайна сметка разклонението на веригата може да е на различни места; възможно е да има повече от едно разклонение; може да има различно дълги разклонения; разклоненията могат да имат разклонения.

Октанът (осем въглеродни атома) показва осемнадесет възможности за подреждане на въглеродните атоми на веригата. Това означава, че могат да съществуват осемнадесет различни октана, всеки от които е с осем въглеродни и осемнадесет водородни атома в молекулата си. Всеки един от осемнадесетте октана се отнася повече или по-малко различно. Всеки трябва да бъде изучен отделно, за да се обхване цялостно^[2].

Различните въглеводороди в бензина горят при нагряване. Всички те могат да експлодират, ако парите им се смесят с въздух и към сместа се поднесе искра. Те обаче не горят по съвсем еднакъв начин. Тук именно разликата между изомерите става твърде съществена. Въглеводородите с права верига горят малко по-бързо от въглеводородите с разклонена верига.

Ако парите на нормален хептан (седем въглеродни атома в права верига) се възпламенят в цилиндъра на автомобила, експлозията е твърде бърза. Чува се звук, като че ли цилиндърът стреля. Буталото започва да вибрира и ритъмът на движението му напред-назад се нарушава. Това се нарича тракане на двигателя. То показва загуба на мощност и възможна повреда в двигателя.

Други въглеводороди се отнасят по-добре. Това важи особено за един изомер на октана с три малки разклонения във въглеродната верига. Този изомер се нарича изооктан. Когато искрата възпламени сместа от изооктан и въздух, експлозията настъпва по-бавно, отколкото при хептана. Първо експлодират молекулите изооктан, които са близо до искрата, след това тези, които са малко по-надалеч, след това тези, които са още по-надалеч, и т.н. Няма „изстрел“ и вибриране. Ходът на буталото е пълен и ритмичен и енергията се освобождава по-ефективно.

На всеки вид бензин се дава т.нар. октаново число в зависимост от степента на тракането, което предизвиква в двигателя. Самият нормален хептан има октаново число нула. Изооктанът има октаново число 100. Чрез сравняване на начина, по който даден бензин гори, с начина на горене на различни смеси от хептан и изооктан се определя октановото число на бензина. Колкото по-високо е октановото число на даден бензин, толкова по-ефективен, а и по-скъп е той.

Химиците са намерили начини за намаляване на тракането чрез прибавяне на противотракащи съединения към бензина. Най-известно сред тях е едно съединение, което съдържа олово в молекулата си и се нарича тетраетилолово. Достатъчни са по-малко от една десета процента от това съединение, за да стане бензинът добър. Такъв бензин се нарича етилов или оловен. Той се оцветява, защото оловото го прави по-отровен от обикновения бензин и с него трябва да се работи внимателно.

Октановото число на бензина за широко ползуване се подобрява непрекъснато. През 1937 г. повечето видове бензин имаха октаново число от 73 до 80. Сега най-добрите видове бензин имат октаново число 95 и повече. На практика за нуждите на авиацията са получени специални видове бензин с октаново число над 100. Такъв супербензин се използува вече и за особено мощните двигатели на модерните коли.