Temperatura wrzenia benzyny wynosi około 35-230°C. Nie jest to jedna stała temperatura, ponieważ benzyna nie stanowi pojedynczej substancji chemicznej, lecz mieszaninę ciekłych węglowodorów o różnym składzie i różnych temperaturach wrzenia.
Zakres temperatury wrzenia zależy między innymi od pochodzenia wyjściowej ropy naftowej, procesu rektyfikacji oraz wymaganych właściwości produktu. Benzyna składa się głównie z węglowodorów zawierających od 5 do 12 atomów węgla, a łączna liczba związków chemicznych w niej zawartych przekracza 150.
Dlaczego benzyna ma zakres temperatury wrzenia
Benzyna jest mieszaniną ciekłych węglowodorów, a nie czystym związkiem chemicznym. Poszczególne składniki benzyny różnią się budową cząsteczek, masą oraz temperaturą wrzenia, dlatego cała mieszanina nie wrze w jednym określonym punkcie.
Składy benzyn mogą różnić się znacząco, w zależności od pochodzenia wyjściowej ropy naftowej, procesu rektyfikacji i wymaganych właściwości produktu. To właśnie zróżnicowanie składu powoduje, że benzyna przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy stopniowo, w szerokim zakresie temperatur.
Temperatura wrzenia benzyny zawiera się w przedziale 35-230°C. Dolna granica dotyczy bardziej lotnych składników, natomiast wyższa granica odnosi się do składników cięższych, wymagających większej ilości energii do odparowania.
Skład benzyny a temperatura wrzenia
Typowy skład benzyny silnikowej obejmuje węglowodory nasycone, węglowodory nienasycone oraz węglowodory aromatyczne. Udział poszczególnych grup może wpływać na lotność, przebieg odparowania i temperaturę wrzenia mieszaniny.
| Grupa składników | Typowy udział objętościowy |
|---|---|
| Alkany rozgałęzione, czyli izoalkany | 25-40% |
| Alkany proste, czyli n-alkany | 4-8% |
| Cykloalkany | 3-7% |
| Alkeny | 2-5% |
| Cykloalkeny | 1-4% |
| Węglowodory aromatyczne | 20-50% |
| Benzen | 0,5-2,5% |
Węglowodory o mniejszej liczbie atomów węgla na ogół łatwiej przechodzą do fazy gazowej, natomiast cięższe składniki mają wyższą temperaturę wrzenia. Z tego względu benzyna zawierająca większy udział lekkich frakcji szybciej odparowuje, a benzyna zawierająca więcej cięższych frakcji odparowuje w wyższych temperaturach.
Benzynę produkuje się między innymi poprzez rektyfikację ropy naftowej. W tym procesie rozdziela się składniki lub frakcje różniące się między innymi lotnością i temperaturą wrzenia.
Benzyna lekka i benzyna ciężka
Różnice w temperaturze wrzenia są szczególnie widoczne w podziale na benzynę lekką i benzynę ciężką. Benzyna ekstrakcyjna jest benzyną lekką, zawierającą węglowodory o liczbie atomów węgla od 5 do 7, którą odrzuca się w procesie otrzymywania benzyny paliwowej ze względu na zbyt niską temperaturę wrzenia.
Benzyna lakowa jest benzyną ciężką, zawierającą węglowodory o liczbie atomów węgla od 10 do 15-16, którą odrzuca się w procesie otrzymywania benzyny paliwowej ze względu na zbyt wysoką temperaturę wrzenia.
| Rodzaj benzyny | Charakterystyka | Przybliżony zakres liczby atomów węgla | Znaczenie temperatury wrzenia |
|---|---|---|---|
| Benzyna ekstrakcyjna | Benzyna lekka | od 5 do 7 | Zbyt niska temperatura wrzenia dla benzyny paliwowej |
| Benzyna lakowa | Benzyna ciężka | od 10 do 15-16 | Zbyt wysoka temperatura wrzenia dla benzyny paliwowej |
Benzynę ekstrakcyjną oczyszcza się przez płukanie, czyli ekstrakcję, z wodą i stąd pochodzi jej nazwa. Benzyna lakowa jest stosowana jako rozcieńczalnik do lakierów, a także farb i innych wyrobów ftalowych, olejnych, bitumicznych oraz pokostów.
Temperatura wrzenia a lotność benzyny
Temperatura wrzenia jest jednym z parametrów określających lotność benzyny. Im łatwiej składniki przechodzą do fazy gazowej, tym szybciej benzyna może tworzyć pary w określonych warunkach.
Właściwości fizyczne benzyny różnią się w zależności od jej składu. Oprócz temperatury wrzenia wynoszącej 35-230°C obejmują one między innymi ciepło parowania od 315 do 350 kJ/kg oraz indeks lotności VLI wynoszący maksymalnie 1150.
| Właściwość | Wartość lub zakres |
|---|---|
| Temperatura wrzenia | 35-230°C |
| Ciepło parowania | 315-350 kJ/kg |
| Ciepło spalania | około 42 MJ/kg |
| Gęstość | 0,67-0,8 g/cm³ |
| Indeks lotności VLI | maksymalnie 1150 |
Gęstość benzyny wynosi 0,67-0,8 g/cm³, przy czym około 0,67 g/cm³ przypada na benzynę lekką, a około 0,78 g/cm³ na benzynę ciężką. Różnice te wynikają z odmiennego udziału lżejszych i cięższych składników mieszaniny.
Znaczenie temperatury wrzenia w silniku
Benzyna dostarcza energii silnikowi poprzez spalanie się, czyli reakcję chemiczną z tlenem pochodzącym z atmosfery. Ze względu na to, że benzyna jest w silnikach spalana w bardzo krótkich cyklach, proces ten musi przebiegać maksymalnie szybko i równomiernie w całej objętości cylindrów silnika.
Osiąga się to poprzez mieszanie benzyny z powietrzem, tworząc tak zwaną mieszaninę paliwowo-powietrzną, czyli zawiesinę, nazywaną także mgłą, bardzo drobnych kropelek benzyny w powietrzu. Aby mieszanina mogła powstać, paliwo musi odpowiednio odparowywać i rozpraszać się w powietrzu.
Zbyt mała lotność może utrudniać tworzenie mieszaniny paliwowo-powietrznej, szczególnie podczas rozruchu i pracy silnika w niskiej temperaturze. Zbyt duża lotność może natomiast powodować nadmierne parowanie, co wpływa na sposób przygotowania mieszanki i bezpieczeństwo obchodzenia się z paliwem.
Bardzo istotny wpływ na przebieg spalania ma także skład chemiczny benzyny. Głównymi parametrami określającymi właściwości benzyny jako paliwa są liczba oktanowa oraz wartość opałowa.
Różnice między silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi
Temperatura wrzenia a bezpieczeństwo
Benzyna łatwo tworzy palne pary, ponieważ część jej składników ma niską temperaturę wrzenia. Z tego powodu rozlana benzyna może szybko parować, a powstające pary mogą mieszać się z powietrzem i tworzyć mieszaninę zdolną do zapłonu.
Temperatura wrzenia nie jest tym samym co temperatura zapłonu. Temperatura wrzenia opisuje przejście cieczy w gaz w całej objętości cieczy, natomiast zapłon dotyczy możliwości zapalenia się par benzyny po zetknięciu ze źródłem zapłonu.
W praktyce obecność lekkich składników sprawia, że benzyna może parować już w temperaturach znacznie niższych od najwyższej wartości jej zakresu wrzenia. Dlatego benzynę należy przechowywać w szczelnych, przeznaczonych do tego pojemnikach i chronić przed ogniem, iskrami oraz innymi źródłami zapłonu.
Wpływ dodatków na właściwości benzyny
W celu poprawy właściwości benzyny jako paliwa do silników dodaje się niewielkie ilości, poniżej 1%, wybranych związków chemicznych nazywanych środkami przeciwstukowymi. Dodatki mogą zmieniać właściwości użytkowe paliwa, jednak podstawowy zakres temperatury wrzenia nadal wynika przede wszystkim z całego składu mieszaniny.
Od lat 30. XX wieku najczęściej dodawanym w tym celu związkiem był tetraetyloołów, a utworzone w ten sposób paliwo to etylina. Jej spalanie powoduje emisję do środowiska trującego, bardzo drobnego pyłu ołowiu.
W związku z tym w połowie lat 80. XX wieku opracowano nowe rodzaje benzyn, czyli benzyny bezołowiowe. Dodaje się do nich węglowodory aromatyczne, etery z grupami aromatycznymi oraz MMT.
Dodatki podwyższają liczbę oktanową, ale takie paliwo nie spala się całkowicie w komorze silnika spalinowego. Powstają obok dwutlenku węgla niedopalone sadza i tlenek węgla, dlatego muszą być dopalane na platynowych reaktorach katalitycznych, zwanych popularnie katalizatorami, umieszczanych w układzie wydechowym samochodów.
W 2021 roku Algieria jako ostatnie państwo na świecie zakończyła sprzedaż benzyny z dodatkiem tetraetyloołowiu.
Temperatura wrzenia a zastosowanie benzyny
Benzyna jest jednym z głównych rodzajów paliwa stosowanego do napędu samochodów, samolotów i niektórych innych urządzeń posiadających silnik spalinowy. Stosuje się ją także jako rozpuszczalnik.
W zastosowaniach paliwowych potrzebna jest mieszanina o właściwościach umożliwiających odpowiednie odparowanie, wymieszanie z powietrzem i szybkie spalanie. W zastosowaniach rozpuszczalnikowych wykorzystuje się natomiast określone frakcje o odpowiedniej lotności i zakresie temperatur wrzenia.
Benzyna ekstrakcyjna i benzyna lakowa nie są tym samym produktem co benzyna silnikowa. Pierwsza zawiera lżejsze węglowodory i ma zbyt niską temperaturę wrzenia dla benzyny paliwowej, natomiast druga zawiera cięższe węglowodory i ma zbyt wysoką temperaturę wrzenia dla tego zastosowania.
Najważniejsze informacje o temperaturze wrzenia benzyny
- Temperatura wrzenia benzyny wynosi około 35-230°C.
- Benzyna nie ma jednej temperatury wrzenia, ponieważ jest mieszaniną wielu węglowodorów.
- Na zakres wrzenia wpływają skład chemiczny, pochodzenie ropy naftowej oraz proces rektyfikacji.
- Lżejsze składniki benzyny mają niższe temperatury wrzenia i szybciej przechodzą do fazy gazowej.
- Cięższe składniki benzyny mają wyższe temperatury wrzenia i odparowują w wyższych temperaturach.
- Benzyna lekka, taka jak benzyna ekstrakcyjna, ma zbyt niską temperaturę wrzenia dla benzyny paliwowej.
- Benzyna ciężka, taka jak benzyna lakowa, ma zbyt wysoką temperaturę wrzenia dla benzyny paliwowej.
- Lotność benzyny ma znaczenie dla tworzenia mieszaniny paliwowo-powietrznej i przebiegu spalania w silniku.
- Niska temperatura wrzenia części składników sprzyja szybkiemu powstawaniu par benzyny.
- Pary benzyny mogą tworzyć z powietrzem mieszaninę zdolną do zapłonu.