La gasolina és un combustible líquid derivat del petroli, utilitzat principalment en motors de combustió interna, com els dels automòbils.
Aquest compost, que forma part de la nostra vida quotidiana, és una barreja complexa d'hidrocarburs, que són molècules compostes únicament d'hidrogen i carboni.
La benzina ha estat dissenyada específicament per ser un combustible eficient i adequat per a motors d'alt rendiment, cosa que significa que les seves propietats físiques i químiques han estat ajustades i controlades mitjançant processos refinats.
Al llarg d'aquest article, explorarem tant les propietats físiques com les químiques de la gasolina, incloent-hi la volatilitat, el punt d'inflamació i la capacitat per alliberar energia en combustionar.
Per entendre a fons les seves característiques, primer hem de repassar la seva composició i després detallar cadascuna de les propietats rellevants.
Composició de la gasolina
La gasolina està composta d' hidrocarburs que varien entre cadenes de cinc a dotze àtoms de carboni. Alguns d'aquests hidrocarburs comuns són l'heptà, l'octà, i diversos compostos aromàtics com el benzè, el toluè i el xilè.
La combinació daquests components dóna lloc a una barreja que pot variar dun tipus de gasolina a un altre. Les gasolines amb més octans, per exemple, contenen una proporció més gran d'hidrocarburs ramificats i compostos aromàtics, que milloren la seva capacitat de resistir la detonació en els motors.
La barreja d'hidrocarburs també pot ser modificada amb certs additius que serveixen per optimitzar el rendiment del combustible i reduir les emissions contaminants.
Alguns d'aquests additius inclouen compostos d'oxigen, com ara l'etanol, que poden millorar la combustió de la gasolina i disminuir la formació de contaminants com el monòxid de carboni.
Propietats físiques de la gasolina
1. Densitat
La densitat de la gasolina és un aspecte essencial per emmagatzemar-lo i estimar-ne el rendiment en motors. Aquesta densitat varia depenent de la seva composició, però generalment es troba entre 0,71 i 0,77 g/cm³.
A diferència de l'aigua, la benzina és menys densa, cosa que explica per què flotaria si les dues substàncies es barregessin en un recipient.
La densitat també influeix en la quantitat d'energia que pot emmagatzemar un volum determinat de benzina, cosa que es coneix com a densitat energètica.
Una gasolina amb més densitat, en general, pot emmagatzemar més energia en el mateix volum, cosa que pot resultar avantatjosa en termes d'autonomia de combustible en un vehicle.
2. Volatilitat
La volatilitat és una de les propietats més rellevants de la gasolina, ja que en descriu la capacitat per passar a l'estat gasós.
La gasolina és altament volàtil, cosa que és favorable per al seu funcionament en motors de combustió interna. Aquesta volatilitat permet que es vaporitzi amb facilitat a temperatures de funcionament del motor, cosa que facilita la barreja amb l'aire al carburador o al sistema d'injecció de combustible.
No obstant això, la volatilitat excessiva també pot ser problemàtica, especialment en climes càlids, on la benzina es pot evaporar ràpidament, cosa que pot causar problemes de pressió en els sistemes d'emmagatzematge de combustible i pèrdua d'eficiència.
3. Punt d'inflamació
El punt d'inflamació és la temperatura mínima a què els vapors de la benzina es poden encendre en presència d'una font d'ignició.
Aquest punt es troba al rang de -40 °C a -45 °C, la qual cosa indica que la benzina és extremadament inflamable fins i tot a baixes temperatures. Aquesta característica és clau per al seu ús en motors, on la ignició ràpida i controlada de la barreja daire-combustible és essencial per al funcionament del motor.
4. Viscositat
La gasolina té una baixa viscositat, la qual cosa significa que és un líquid força fluid.
Aquest baix nivell de viscositat permet que la benzina es bomba amb facilitat a través dels conductes del sistema de combustible d'un motor. A més, la baixa viscositat facilita l'atomització de la gasolina quan és injectada al motor, la qual cosa és important per a una combustió eficient.
Propietats químiques de la gasolina
1. Comportament en Combustió
La combustió de la gasolina és una reacció exotèrmica, cosa que significa que allibera una gran quantitat denergia en forma de calor. L'equació simplificada de la combustió dels hidrocarburs a la gasolina és la següent:
C 8 H 18 +O 2 →CO 2 +H 2 O+energia
En condicions ideals, la combustió completa produeix diòxid de carboni (CO₂) i aigua (H₂O). No obstant això, a la pràctica, la combustió mai no és completament eficient, i pot donar lloc a subproductes com monòxid de carboni (CO), hidrocarburs no cremats, i òxids de nitrogen (NOₓ), especialment en motors antics o mal ajustats.
L'eficiència i qualitat de la combustió depenen de la relació aire-combustible al motor. Quan la barreja és adequada, la gasolina es crema de manera eficient, generant la màxima potència i reduint els contaminants.
2. Número d'octà
El nombre d'octà és una mesura de la resistència de la gasolina a la detonació o "colpeig" al motor, que passa quan la barreja d'aire i gasolina s'inflama espontàniament abans de l'espurna de l'encesa.
Com més gran sigui el nombre d'octà, més gran serà la resistència del combustible a la detonació. La benzina regular sol tenir un octanatge de prop de 87, mentre que les gasolines d'alt rendiment poden assolir octanatges de 91 o superiors.
Aquest nombre és important perquè permet que els motors d'alta compressió operin sense risc de detonació prematura, cosa essencial per al rendiment en motors d'automòbils esportius o d'alta potència.
3. Reactivitat i estabilitat
La benzina és relativament estable a temperatura ambient, però pot reaccionar amb l'oxigen de l'aire amb el temps, especialment quan està exposada a la llum solar oa la calor.
Aquesta exposició pot causar la formació de gomes i resines a la gasolina, cosa que es coneix com a "envelliment" del combustible. Per reduir aquest risc, s'afegeixen antioxidants a la benzina, els quals ajuden a preservar-ne l'estabilitat durant l'emmagatzematge.
A més, la benzina pot reaccionar amb alguns materials, com ara certs plàstics i gomes, cosa que pot causar degradació en els components del sistema de combustible si no estan específicament dissenyats per resistir el seu contacte.
Impacte dels additius a les propietats de la gasolina
Els additius són components addicionals que es barregen amb la benzina per millorar les seves propietats de combustió, estabilitat i neteja. Alguns dels additius més comuns inclouen:
- Additius d'oxigen : com l'etanol o l'MTBE, que ajuden a reduir la formació de contaminants i milloren l'eficiència de combustió.
- Detergents : s'agreguen per evitar l'acumulació de dipòsits als injectors de combustible i les vàlvules.
- Estabilitzadors d'emmagatzematge : com els antioxidants, que impedeixen la formació de gomes i resines.
Aquests additius poden modificar lleugerament les propietats físiques de la gasolina, com ara la seva densitat o volatilitat, encara que l'impacte general sol ser menor en comparació dels beneficis de rendiment i reducció d'emissions.