Жидкость и их свойства и противопоказания
 
В зимний период, когда температура воздуха во многих регионах России опускается до -30ºС и ещё ниже, перед автовладельцами возникают сложные проблемы. Дизельные двигатели на транспортных средствах перестают нормально функционировать, так как при пониженных температурах весьма непросто запустить мотор. К тому же замерзает (кристаллизуется) вода, которая в процессе эксплуатации так или иначе образовывается в топливном баке.
Для преодоления этих трудностей часто используется жидкость «И». Изначально она была предназначена в качестве добавки к авиационному топливу. Сейчас сфера применения средства расширилась, и автовладельцы используют его как присадку к дизельному топливу и иногда бензину.
Состав
Стоит заметить, что данная присадка встречается в двух вариантах отличных по составу:
- Жидкость И (Производители: ОАО ПО «Химпром» г. Кемерово, Компания «Волга-Ойл» Нижний Новогород) ;
- Жидкость И-М. (ЗАО «Заречье» Нижний Новгород).
Несмотря на различный состав, принцип действия, технические характеристики и эффективность применения обоих средств в общем-то абсолютно идентичны.
В состав жидкости «И» входят следующие компоненты: этилцеллозольв, изопропанол, а также поверхностно-активные добавки (ПАВ). Они предназначены для снижения поверхностного натяжения.
Присадка «И-М», в свою очередь, состоит только лишь из этилцеллозольва и метанола. Эти вещества распределены в «И-М» в равных долях. Важно знать, что все составляющие обеих жидкостей (кроме ПАВ) отличаются высокой токсичностью. Это свойство относится как непосредственно к самой жидкости, так и к её испарениям.
Технические характеристики
К основным техническим характеристикам жидкости «И» относятся следующие:
- прозрачный цвет с немного желтоватым оттенком;
- специфический запах; плотность в условиях нормальной комнатной температуры составляет от 858 до 864 кг/м3;
- доля воды находится в пределах, не превышающих 0,4%;
- коэффициент оптического преломления составляет от 1,36 до 1,38;
- антикоррозийное воздействие не наблюдается;
- летучесть присутствует;
- гарантийный срок хранения составляет 1 год.
Производство средства «И», предназначенного для дизтоплива, осуществляется в строгом соответствии техническим требованиям. Применяются в этом случае отраслевой стандарт (ОСТ) 53-3-175-73-99, а также технические условия (ТУ) 0257-107-05757618-2001.
Применение присадки
Средство добавляется в топливо непосредственно во время заправки транспортного средства, при этом рекомендовано пользоваться специальным дозатором.
Средство заливают в топливный бак: 20 мл на 10 л топлива. Рекомендовано совмещать с бензином А-80 и А-92.
При добавлении средства нужно учитывать объём горючего и температуру окружающего воздуха. Так, при t = от 0ºС и до -15ºС рекомендуемое количество жидкости «И» составляет 0,1% относительно общего объёма дизтоплива, которое находится в баке.
Если на улице от -15ºС до -30ºС, то это количество увеличивается примерно до 0,2%.
При температуре в -30ºС и ниже доля присадки возрастает до 0,3%. При этом стоит заметить, что объём в 0,3% — это максимально допустимое количество жидкости «И», которое можно использовать. Если этот объём увеличить ещё больше, то это приведёт к негативным последствиям.
Чрезмерная концентрация данной присадки в дизельном топливе в худшую сторону повлияет на эксплуатационные возможности автомобильного двигателя. Кроме того, при переизбытке жидкости «И» снижается температура возгорания топлива.
Добавим также, что применение средства никак не влияет на физико-химические свойства топлива. Вместе с тем, использование жидкости «И» в длительный временной период не желательно, так как постепенно снижается смазывающая способность дизтоплива.
Преимущества и недостатки
Жидкостью «И» в основном пользуются российские собственники большегрузов и дальнобойщики. Они применяют её в качестве аналога зарубежным антигелям, которые не всегда эффективно действуют в условиях нашей зимы.
Главная задача средства — предотвращение кристаллизации растворённой в топливе воды.
Однако, у жидкости «И» есть и другие преимущества.
Во-первых, использование присадки способствует снижению вероятности образования льда в карбюраторе, а также в топливном фильтре.
Во-вторых, продлевается срок службы батареи аккумулятора и предотвращается износ двигателя.
В-третьих, после длительной остановки транспортного средства на открытом пространстве в зимних условиях применение жидкости помогает быстрее запустить двигатель.
В-четвёртых, использование средства позволяет применять так называемое летнее дизтопливо при холодной температуре.
В-пятых, при добавлении жидкости «И» улучшается сгорание топлива, что, в свою очередь, приводит к снижению токсичности отработанных газов. К этому можно добавить тот факт, что применение данной присадки не уменьшает октановое число бензина. К тому же средство очень экономично.
Использование жидкости «И» максимально эффективно при значительном снижении температуры. Это подтверждается специалистами Кемеровского центра стандартизации, метрологии и испытаний, которые провели соответствующее исследование. Сотрудники центра применили добавку «И» к дизельному топливу, а также к бензинам (марки А-80 и А-92). Согласно выводам экспертов, использование жидкости «И» улучшило низкотемпературные показатели всех рассматриваемых видов топлива, а именно температуру застывания и температуру помутнения.
Справедливости ради стоит отметить, что жидкость «И» обладает не только преимуществами, есть у неё и существенные недостатки.
К их числу, в первую очередь, относятся токсичность и пожароопасность. Важно знать, что ядовита как сама жидкость, так и её пары, поэтому при контакте с данной добавкой необходимо использовать средства индивидуальной защиты.
Кроме того, при хранении и использовании присадки нужно тщательно соблюдать меры противопожарной безопасности.
Добавим также, что жидкость «И» обладает гигроскопическим эффектом — способностью поглощать из воздуха водяные пары. По этой причине средство с течением времени постепенно утрачивает свою эффективность, а, значит, запасать его «на чёрный день» в больших количествах нет никакого смысла.
Кроме того, жидкость «И», а также уже разведённое с ней топливо не рекомендовано хранить в оцинкованной таре.
Жидкость «И», несмотря на некоторые свои недостатки, всё-таки обладает достаточно устойчивым спросом на отечественном рынке. Непосредственное влияние на это оказывают, конечно, наши климатические условия.
Многие автовладельцы или водители (как правило, тяжёлой техники вроде большегрузов или тягачей) признают данное средство весьма эффективным. Особенно это относиться к случаям, когда двигатель заправлен летним топливом.
Выручит присадка и в зимнюю стужу при вынужденной остановке машины из-за заглохшего двигателя.
Водителями отмечается также и довольно значительное улучшение работы фильтров. Пока в России будут суровые зимние холода, будет и спрос на специальные добавки к топливу. Жидкость «И» тоже будет присутствовать в этом списке.
Жидкостью называют вещество, которое находится в агрегатном состоянии, являющимся промежуточным между твердым и газообразным. При этом ее состояние, как и в случае с твердыми телами, является конденсируемым, то есть предполагает связь между частицами (атомами, молекулами, ионами). Жидкость обладает свойствами, кардинально отличающими ее от веществ, которые находятся в других агрегатных состояниях. Главное из них – способность к многократному изменению формы под воздействием механических напряжений без потери объема. Сегодня мы с вами выясним, какими свойствами обладают жидкости, и что они вообще собой представляют.
Общая характеристика
Газ не сохраняет объем и форму, твердое тело сохраняет и то, и другое, а жидкость – только объем. Именно поэтому жидкое агрегатное состояние считается промежуточным. Поверхность жидкости представляет подобие упругой мембраны и определяет ее форму. Молекулы таких тел, с одной стороны, не имеют определенного положения, а с другой – не могут получить полную свободу перемещения. Они могут собираться в капли и течь под собственной поверхностью. Между молекулами жидкости существует притяжение, которого достаточно, чтобы удерживать их на близком расстоянии.
Вещество пребывает в жидком состоянии в определенном температурном интервале. Если температура опускается ниже него, происходит переход в твердую форму (кристаллизация), а если поднимается выше – в газообразную (испарение). Границы данного интервала для одной и той же жидкости могут колебаться в зависимости от давления. К примеру, в горах, где давление существенно ниже, чем на равнинах, вода закипает при более низкой температуре.
Обычно жидкость имеет только одну модификацию, поэтому является одновременно и агрегатным состоянием, и термодинамической фазой. Все жидкости делятся на чистые вещества и смеси. Некоторые из таких смесей имеют определяющее значение в жизни человека: кровь, морская вода и прочие.
Рассмотрим основные свойства жидкостей.
Текучесть
От других веществ жидкость отличается, в первую очередь, текучестью. Если к ней приложить внешнюю силу, в направлении ее приложения возникает поток частиц. Таким образом, при воздействии внешних неуравновешенных сил, жидкость не способна к сохранению формы и относительного расположения частиц. По этой же причине, она принимает форму сосуда, в который попадает. В отличие от твердых пластичных тел, жидкости не имеют предела текучести, то есть текут при малейшем выходе из равновесного состояния.
Сохранение объема
Одним из характерных физических свойств жидкостей является способность к сохранению объема при механическом воздействии. Их чрезвычайно трудно сжать из-за высокой плотности молекул. Согласно закону Паскаля, давление, которое производится на жидкость, заключенную в сосуд, без изменения передается в каждую точку ее объема. Наряду с минимальной сжимаемостью, эта особенность широко используется в гидравлике. Большинство жидкостей при нагревании увеличивается в объеме, а при охлаждении – уменьшается.
Вязкость
Среди главных свойств жидкостей, как и в случае с газами, стоит отметить вязкость. Вязкостью называют способность частиц сопротивляться движению друг относительно друга, то есть внутреннее трение. При движении соседних слоев жидкости относительно друг друга, происходит неизбежное столкновение молекул, и возникают силы, которые затормаживают упорядоченное перемещение. Кинетическая энергия упорядоченного движения преобразуется в тепловую энергию хаотического движения. Если жидкость, помещенную в сосуд, переместить, а затем оставить в покое, то она постепенно остановится, но ее температура возрастет.
Свободная поверхность и поверхностное натяжение
Если взглянуть на каплю воды, которая лежит на ровной поверхности, то можно увидеть, что она закруглена. Обусловлено это такими свойствами жидкостей, как образование свободной поверхности и поверхностное натяжение. Способность жидкостей к сохранению объема обуславливает образование свободной поверхности, которая является не иначе как поверхностью раздела фаз: жидкой и газообразной. При соприкосновении этих фаз одного и того же вещества возникают силы, направленные на уменьшение площади плоскости раздела. Их называют поверхностным натяжением. Граница раздела фаз представляет собой упругую мембрану, стремящуюся к стягиванию.
Поверхностное натяжение объясняется также притяжением молекул жидкости друг к другу. Каждая молекула стремится «окружить» себя другими молекулами и уйти с границы раздела. Из-за этого поверхность стремительно уменьшается. Этим объясняется тот факт, что мыльные пузыри и пузыри, образующиеся при кипении, стремятся принять сферическую форму. Если на жидкость будет действовать только сила поверхностного натяжения, она непременно примет такую форму.
Небольшие объекты, плотность которых превышает плотность жидкости, способны оставаться на ее поверхности за счет того, что сила, препятствующая увеличению площади поверхности, больше силы тяготения.
Испарение и конденсация
Испарением называют постепенный переход вещества из жидкого состояния в газообразное. В процессе теплового движения часть молекул покидают жидкость, проходя через ее поверхность, и преобразуются в пар. Параллельно с этим другая часть молекул, наоборот, переходит из пара в жидкость. Когда количество соединений, покинувшее жидкость, превышает количество соединений, пришедших в нее, имеет место процесс испарения.
Конденсацией называют процесс, обратный испарению. Во время конденсации жидкость получает из пара больше молекул, чем отдает.
Оба описанных процесса являются неравновесными и могут продолжаться до тех пор, пока не установится локальное равновесие. При этом жидкость может полностью испариться или же вступить со своим паром в равновесие.
Кипение
Кипением называют процесс внутренних преобразований жидкости. При повышении температуры до определенного показателя, давление пара превышает давление внутри вещества, и в нем начинают образовываться пузырьки. В условиях земного притяжения они всплывают вверх.
Смачивание
Смачиванием называют явление, которое возникает при контакте жидкости с твердым веществом в присутствии пара. Таким образом, оно происходит на границе раздела трех фаз. Это явление характеризует «прилипание» жидкого вещества к твердому, и его растекание по поверхности твердого вещества. Бывает три вида смачивания: ограниченное, полное и несмачивание.
Смешиваемость
Характеризует способность жидкостей растворяться друг в друге. Примером смешиваемых жидкостей могут выступить вода и спирт, а несмешиваемых – вода и масло.
Диффузия
Когда две смешиваемых жидкости пребывают в одном сосуде, благодаря тепловому движению молекулы начинают преодолевать границу раздела, и жидкости постепенно смешиваются. Данный процесс называется диффузией. Он может происходить и в веществах, которые находятся в иных агрегатных состояниях.
Перегрев и переохлаждение
Среди увлекательных свойств жидкостей стоит отметить перегрев и переохлаждение. Эти процессы нередко ложатся в основу химических фокусов. При равномерном нагреве, без сильных перепадов температур и механических воздействий, жидкость может нагреться выше точки кипения, не вскипев при этом. Этот процесс получил название перегрев. Если в перегретую жидкость бросить какой-либо предмет, она мгновенно вскипит.
Аналогичным образом происходит и переохлаждение жидкости, то есть ее охлаждение до температуры ниже точки замерзания, минуя само замерзание. При легком ударе переохлажденная жидкость мгновенно кристаллизуется и превращается в лед.
Волны на поверхности
Если нарушить равновесие участка поверхности жидкости, то тогда она, под действием возвращающих сил, будет двигаться обратно к равновесию. Это движение не ограничивается одним циклом, а превращается в колебания и распространяется на другие участки. Так получаются волны, которые можно наблюдать на поверхности любой жидкости.
Когда в качестве возвращающей силы выступает преимущественно сила тяжести, волны называют гравитационными. Их можно видеть на воде повсеместно. Если же возвращающая сила формируется преимущественно из силы поверхностного натяжения, то волны называют капиллярными. Теперь вы знаете, какое свойство жидкостей обуславливает знакомое всем волнение воды.
Волны плотности
Жидкость чрезвычайно тяжело сжимается, тем не менее, с изменением температуры, ее объем и плотность все-таки меняются. Происходит это не мгновенно: при сжатии одного участка, другие сжимаются с запаздыванием. Таким образом, внутри жидкости распространяются упругие волны, которые получили название волны плотности. Если по мере распространения волны плотность меняется слабо, то ее называю звуковой, а если достаточно сильно – ударной.
Мы с вами познакомились с общими свойствами жидкостей. Все основные характеристики зависят уже от типа и состава жидкостей.
Классификация
Рассмотрев основные физические свойства жидкостей, давайте узнаем, как они классифицируются. Структура и свойства жидких веществ зависят от индивидуальности частиц, входящих в их состав, а также характера и глубины взаимодействия между ними. Исходя из этого, выделяют:
- Атомарные жидкости. Состоят из атомов или сферических молекул, которые связаны между собой центральными ван-дер-ваальсовыми силами. Ярким примером являются жидкий аргон и жидкий метан.
- Жидкости, состоящие из двухатомных молекул с одинаковыми атомами, ионы которых связаны кулоновскими силами. В качестве примера можно назвать: жидкий водород, жидкий натрий и жидкую ртуть.
- Жидкости, которые состоят из полярных молекул, связанных путем диполь-дипольного взаимодействия, например, жидкий бромоводород.
- Ассоциированные жидкости. Имеют водородные связи (вода, глицерин).
- Жидкости, которые состоят из больших молекул. Для последних, важную роль играют внутренние степени свободы.
Вещества первых двух (реже трех) групп называют простыми. Они изучены лучше, чем все остальные. Среди непростых жидкостей, больше всего изучена вода. В данную классификацию не входят жидкие кристаллы и квантовые жидкости, так как они представляют собой особые случаи и рассматриваются отдельно.
С точки зрения гидродинамических свойств, жидкости подразделяют на ньютоновские и неньютоновские. Течение первых подчиняется закону Ньютона. Это значит, что их касательное напряжение линейно зависит от градиента скорости. Коэффициент пропорциональности между указанными величинами называется вязкостью. У неньютоновских жидкостей, вязкость колеблется в зависимости от градиента скорости.
Изучение
Изучением движения и механического равновесия жидкостей и газов, а также их взаимодействия, в том числе с твердыми телами, занимается такой раздел механики как гидроаэромеханика. Его также называют гидродинамикой.
Несжимаемые жидкости изучают в подразделе гидроаэромеханики, который называется просто гидромеханикой. Так как сжимаемость жидкостей очень мала, во многих случаях ею попросту пренебрегают. Сжимаемые жидкости изучает газовая динамика.
Гидромеханику дополнительно подразделяют на гидростатику и гидродинамику (в узком смысле). В первом случае изучается равновесие несжимаемых жидкостей, а во втором – их движение.
Магнитная гидродинамика занимается изучением магнитных и электропроводных жидкостей, а прикладными задачами занимается гидравлика.
Основным законом гидростатики является закон Паскаля. Движение идеальных несжимаемых жидкостей описывается уравнением Эйлера. Для их стационарного потока выполняется закон Бернулли. А формула Торричелли описывает вытекание жидких веществ из отверстий. Движение вязких жидкостей подчиняется уравнению Навье-Стокса, которое, кроме всего прочего, может учитывать и сжимаемость.
Упругие волны и колебания в жидкости (как, впрочем, и в других средах) изучается такая наука как акустика. Гидроакустика – подраздел, который посвящен изучению звука в водной среде для решения задач подводной связи, локации и прочего.
В заключение
Сегодня мы с вами познакомились с общими физическими свойствами жидкостей. Также мы узнали, что вообще представляют собой такие вещества, и как они классифицируются. Что касается химических свойств жидкости, то они напрямую зависят от ее состава. Поэтому рассматривать их стоит отдельно для каждого вещества. Какое свойство жидкости важно, а какое нет — ответить сложно. Здесь все зависит от задачи, в контексте которой эта жидкость рассматривается.