что такое нитрометан в машинах
Что такое нитрометан и как его используют в автомобильной промышленности
Больше скорости, без необходимости изменять мощность двигателя. Кто бы не хотел такого преображения, которое произошло под капотом автомобиля? Поклонники фильмов Fast & Furious («Форсаж») могут очень точно указать одно из решений, благодаря которому достигается результат, о котором все еще мечтает большинство из них: NOS.
Однако системы на основе оксида азота трудно реализовать в реальной жизни, и приведенная выше аббревиатура обозначает только одну торговую марку, а не название вещества, с помощью которого достигается столь желаемая реакция. Другой способ, гораздо более реальный в реальной жизни, с помощью которого можно получить больше мощности от каждого взрыва во время рабочего цикла двигателя, — это увеличить октановое число топлива. В этом случае в нашем распоряжении есть нитрометан.
Что такое нитрометан?
Если бы мы задали этот вопрос химику, его ответом была бы формула CH3NO2, и он дополнительно сказал бы нам, что нитрометан является органическим соединением из категории органических нитропроизводных.
Более простой вариант этого ответа: нитрометан представляет собой жидкость, подобную растворителю, например ацетон, эфир, бензол, толуол или даже бензин, которая растворяется в химических веществах, с которыми он вступает в контакт. В этом случае для нас очень ясно, что нитрометан будет сочетаться с топливом, используемым в транспортном средстве. Он также имеет другие применения, например, в качестве агента, используемого в добывающей промышленности, в качестве реакционной среды в химии или в очистке. Растворитель, в различных технологических процессах.
Как нитрометан используется в двигателях
Очевидно, что не существует сценария, когда мы идем на заправку и останавливаемся рядом с нитрометановым насосом, чтобы превратить наш трехцилиндровый хэтчбек с трехцилиндровым двигателем в раллийный автомобиль. Органическое соединение предназначено для высокопроизводительных транспортных средств, таких как раллийные автомобили, автомобили, предназначенные для кольцевых гонок, или даже драгстеры или тягачи. Бесцветный, с маслянистой текстурой и чрезвычайно сильным запахом, нитрометан обладает рядом свойств, совместимых с эксплуатационными характеристиками и даже незаменимых для него. Благодаря высокому содержанию кислорода нитрометан не требует большого количества кислорода, поступающего из системы впуска двигателя.
Если для сжигания эквивалента одного килограмма бензина требуется 14,7 кг воздуха, то на 1 килограмм нитрометана нужно всего 1,7 кг воздуха. Таким образом, мощность нитрометана в 2,3 раза превосходит бензин, если он смешан с нужным количеством кислорода. Еще одно применение нитрометана, которое на первый взгляд трудно понять, — это топливо для дистанционно управляемых автомобилей, самолетов или вертолетов с тепловым двигателем. В этом случае смесь можно купить уже готовой, и чаще всего в ее состав входит 15% синтетического масла. Это помогает смазывать двигатель, ускоряя сгорание в цилиндрах.
Как это устроено
Пока что у нас есть образ топливной присадки с феноменальным потенциалом и специфическим применением. Нитрометан ускоряет сгорание бензина в камере цилиндра. Это увеличивает давление в камере сгорания и создает больше механической силы при толкании цилиндра. Важность точной смеси нитрометана и топлива по отношению к характеристикам двигателя имеет решающее значение для нормальной работы автомобиля. Если оптимальная концентрация нитрометана в бензине не рекомендуется, детонация будет происходить нерегулярно, и шатуны могут получить необратимые повреждения. Двигатели, работающие на смеси нитрометана и бензина, характеризуются значительным износом, требующим частого технического вмешательства.
Приведенная выше информация проясняет разницу между знаменитым NOS и нитрометаном. Если первый является коммерческим продуктом на основе оксида азота, то второй является добавкой к топливу для моделей с высокими характеристиками.
Тюнинг двигателя — система закиси азота и нитрометан
Те, кто не доволен серийными автомобилями, прибегает к автотюнингу. Конечно, серия доработок стандартного двигателя подразумевает увеличение мощности, но ведь всему есть предел, не так ли? Чтобы обойти это ограничение и увеличить мощность мотора не на 20-40%, а в несколько раз, применяется особый вид топлива – система закиси азота или нитрометан.
Закись азота в тюнинге моторов
Использование заряженного топлива дает возможность до неузнаваемости изменить конфигурацию автомобиля. К примеру, закись азота, который является наиболее излюбленным среди уличных гонщиков, увеличивает мощность больше чем в 2 раза. Вместе с этим, растет и температура работы двигателя, что не очень хорошо сказывается на работе мотора. Пламя вырывается далеко за пределы цилиндра, да что там, оно вырывается даже из выхлопной трубы. Следует ли говорить о том, каким нагрузкам поддается двигатель?
Для использования диоксида азота двигатель подвергается доработкам. Осуществляется прокладка дополнительной топливной магистрали, которая и будет осуществлять впрыск закиси азота. Разумеется, устанавливается высокопрочная цилиндропоршневая группа, ГБЦ и выхлопная система, модернизируется система охлаждения. Автомобиль, использующий в качестве топлива азот, нуждается в техническом обслуживании каждые 1000-1500 км.
Смесь нитрометана для тюнинга
Нитрометан для машин является еще более жестким топливом, нежели диоксид азота. Мощность мотора, а вместе с нею и температура работы двигателя возрастает до 10 раз. Если говорить в мощностном эквиваленте, то автомобили, заправленные метаном, показывают результат от 3-х до 7-тысяч лошадиных сил. Но двигатель имеет ресурс работы всего в 5-8 тыс. км, так как нитрометан, буквально, сжигает его изнутри. Поэтому устанавливаются специальные, чугунные блоки, которые немного продлевают срок службы мотора.
Как правило, машинки на нитрометане – это профессиональные проекты, которые создаются специально для гонок. В эти проекты вкладываются большие деньги, над ними работают лучшие специалисты. Дело в том, что нитрометан – нестабильное топливо и имеет наивысший коэффициент взрывоопасности. Поэтому уличные гонщики не пользуются таким топливом, несмотря на то, что автомобиль и теряет пределы увеличения мощности.
Переоборудование машины под потребление диоксида азота или нитрометана имеет смысл только в случае участия в профессиональных заездах.
Читайте также:
Что такое нитрометан в машинах
Сколько необходимо масла?
Количество масла, требуемое в модельном топливе, вызывает большинство вопросов и наиболее неправильные ответы. Существует миф, что модельное калильное топливо должно содержать ХХ% масла, чтобы работать правильно, хорошо выполнять свои функции и защищать двигатель от износа. Но на самом деле нет никакого такого установленного числа. по крайней мере, единого. Ведь для того, чтобы это было так, все масла, используемые в модельном топливе, должны иметь идентичные характеристики по всем параметрам.
На сегодняшний день весьма немного сортов модельного топлива, предназначенного для R/C использования, содержит только касторку. Для целей этого обсуждения, в дальнейшем мы будем рассматривать топлива, содержащие только синтетическое масло или его смесь с касторкой.
Нитрометан, таинственный ингредиент?
В действительности, нитрометан должен быть нагрет до 96 градусов F, для того, чтобы он начал испускать достаточно паров, которые могут быть зажжены какой-нибудь искрой или пламенем!
Каждый двигатель внутреннего сгорания смешивает воздух и жидкое топливо некоторого вида. В нашем случае это жидкое калильное топливо. Цель карбюратора состоит в том, чтобы отмерить эти два компонента в нужной пропорции, и каждый двигатель требует определенной пропорции жидкого топлива и воздуха. Попробуйте добавить слишком много жидкости без достаточного количества воздуха, и двигатель не будет работать вообще. Какова цель турбонаддува на полноразмерных двигателях? Нагнетать немного больше воздуха, чем сможет обработать простой карбюратор или инжекторная топливная система.
Предположим, что мы должны были найти путь для сжигания большего количества жидкости в наших модельных двигателях без увеличения поступления воздуха. Это добавило бы мощности, не так ли? Хорошо, предположите, что мы это можем! Двигатель внутреннего сгорания может сжечь нитрометана более чем в 2 раза больше, чем метанола, используя один и тот же объем воздуха. Вот и все! Мы получили больше мощности. Вот так это работает, и это нетрудно для понимания. И мы не должны тратить много времени на размышление об этом в ходе повседневных полетов.
Однако существуют некоторые факторы, которые мы должны рассмотреть. Практически все обычные полеты могут быть выполнены на модельном топливе, содержащем от 5% до 15% нитрометана. Если Вы летаете на чем-то вроде тренера, или Cub, или подобной модели, нет, вероятно, никакой причины, почему бы 5% топливу не работать отлично. Требуется немного больше мощности? Используйте 10% или 15% содержание нитрометана в топливе. Не рекомендуем использовать топливо с более высоким содержанием нитрометана в большинстве популярных двигателей. Увеличение содержания нитрометана, вероятно, ничему не повредит, но ничего и не даст.
Мы продаем больше топлива с 15% нитрометана, чем любых других топливных смесей, и для этого есть серьезная причина. Большинство популярных двигателей на рынке се
Правильное хранение топлива
Должным образом хранимое модельное топливо имеет почти неопределенный срок годности. Но что же такое «должным образом хранимое»?
Есть и другая отрицательная сторона использования топлива в бочках. Представьте, что топливом пользуется несколько человек. Без надлежащего присмотра за емкостями такого типа (возможно, не имеющими необходимых предупреждающих надписей и т.д.) и выдачей топлива, высока вероятность какого-либо несчастного случая и привлечение к ответственности за него. Клубы моделистов, рассматривающие возможность такой закупки топлива для своих членов, должны обязательно знать и думать о потенциальной ответственности!
Нитрометан
| Нитрометан | |
 | |
 | |
| Общие | |
|---|---|
| Систематическое наименование | нитрометан |
| Химическая формула | CH3NO2 |
| Эмпирическая формула | CH3NO2 |
| Физические свойства | |
| Состояние (ст. усл.) | бесцветная жидкость |
| Отн. молек. масса | 61.04 а. е. м. |
| Молярная масса | 61 г/моль |
| Плотность | 1,138 г/см³ |
| Динамическая вязкость (ст. усл.) | 0.61 мПа·с Па·с (при 20 °C) |
| Термические свойства | |
| Температура плавления | -28,5 °C |
| Температура кипения | 101,2 °C |
| Температура вспышки | 36 °C |
| Энтальпия образования (ст. усл.) | -113,1 кДж/моль |
| Удельная теплота испарения | 38,28 Дж/кг |
| Удельная теплота плавления | 9,7 Дж/кг |
| Давление пара | 36,4 гПа (20 °C) |
| Химические свойства | |
| pKa | 10.2 |
| Растворимость в воде | 10.5 г/100 мл |
| Оптические свойства | |
| Показатель преломления | 1,3817 |
| Структура | |
| Дипольный момент | 3,50 Д |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 75-52-5 |
| RTECS | PA9800000 |
Нитрометан — химическое соединение с формулой СН3NO2, простейший представитель нитросоединений алифатического ряда.
Содержание
Физические свойства
Химические свойства
Благодаря наличию нитрогруппы атомы водорода в нитрометане подвижны, могут отщепляться в растворе при действии оснований (pKa = 10,2).
При использовании избытка формальдегида замещяются все три атома водорода и образуется три(гидроксиметилен)нитрометан
который при восстановлении образует (CH2OH)3CNH2 — три(гидроксиметилен)метиламин («tris»), основной компонент трис-буфера.
Нитрометан также выступает как донор в реакции Михаэля, присоединясь к α,β-непредельным соединения по схеме 1,4-присоединения.
Взаимодействует с окисью этилена, и др. соединениями.
Получение
В химической промышленности нитрометан обычно получают деструктивным нитрованием низших алканов, например, пропана, 50-70 % азотной кислотой при 400—700 °C. В этом процессе также получается нитроэтан, 1-нитропропан, 2-нитропропан. Смесь разделяется фракционированием.
В лаборатории нитрометан может быть получен по следующей реакции (Г. Кольбе)
или реакцией бромметана с нитритом серебра
Применение
Содержание кислорода в нитрометане позволяет ему гореть с много меньшим количеством атмосферного воздуха по сравнению с углеводородами бензина:
14,7 кг воздуха необходимо для сжигания килограмма бензина, но только 1,7 кг воздуха на один килограмм нитрометана. Так как цилиндр двигателя может содержать только ограниченное количество воздуха при каждом такте, в 8,7 раз больше нитрометана по сравнению с бензином может быть сожжено в один такт. Нитрометан,однако, имеет меньшую плотность энергии: бензин выделяет около 42–44 МДж/кг в то время как, нитрометан даёт 11,3 МДж/кг. Этот расчёт показывает, что нитрометан производит примерно в 2,3 раза больше мощности по сравнению с обычным топливом.
Нитрометан также может быть использован как монопропеллант, т. е. топливо, способное гореть без добавки кислорода, ниже уравнение этой реакции:
Нитрометан имеет ламинарную скорость горения 0,5 м/с (немного выше чем у бензина), таким образом делая его пригодным для высокоскоростных двигателей. Кроме того, температура пламени несколько выше — 2400 °C. Высокая удельная теплота парообразования (0,56 МДж/кг) вместе с высокой скоростью течения приводит к сильному охлаждению подходящего топлива (примерно вдвое больше, чем у метанола), в результате получаются довольно низкие температуры.
Нитрометан часто используют в богатых воздушно-топливных смесях, поскольку он даёт энергию даже при отсутствии атмосферного кислорода. При использовании богатой воздушно-топливной смеси, часть продуктов сгорания — водород и монооксид углерода. Эти газы часто воспламеняются, иногда впечатляюще, когда очень богатые смеси ещё горящего топлива покидают выхлопные трубы. Очень богатые смеси необходимы, чтобы снизить температуру камеры сгорания, для управления предварительным зажиганием и последующей детонацией. Рабочие детали зависят от свойства смеси и характеристики двигателя.
Небольшое количество гидразина, смешанное с нитрометаном, может ещё больше увеличить выдаваемую мощность. Гидразин образует с нитрометаном взрывоопасную соль, тоже монопропеллант. Эта нестабильная смесь представляет серьёзную опасность и запрещена к применению в авиамодельном топливе.
В авиамоделизме и автомобильном калильном топливе основной ингредиент обычно метанол, с небольшой добавкой нитрометана (от 0% до 65%, но редко больше 30%, так как нитрометан дороже метанола) и 10–20% смазки (обычно касторовое масло и/или синтетическое масло). Даже умеренные количества нитрометана приводят к увеличении мощности, выдаваемой двигателем (поскольку обычно ограничивающий фактор — приток воздуха), упрощая настройку двигателя (оптимизацию соотношения воздух/топливо).
Взрывчатые свойства
Нитрометан не относили ко взрывчатым веществам до взрыва железнодорожной цистерны 1 июля 1958 года [3]
Очистка
Нитрометан замораживают, образующиеся кристаллы промывают диэтиловым эфиром, затем перегоняют.
Токсичность
1000 частей на миллион (обезьяна)
2500 ppm (кролик, 12 ч)
5000 ppm (кролик, 6 ч) [11]
Содержание
Подготовка
Нитрометан получают промышленным способом путем сочетания пропан и азотная кислота в газовой фазе при 350–450 ° C (662–842 ° F). Этот экзотермический В результате реакции образуются четыре промышленно значимых нитроалкана: нитрометан, нитроэтан, 1-нитропропан, и 2-нитропропан. В реакции участвуют свободные радикалы, в том числе алкоксильные радикалы типа CH3CH2CH2O, возникающие при гомолизе соответствующего нитрита сложный эфир. Эти алкокси-радикалы подвержены реакциям фрагментации C — C, что объясняет образование смеси продуктов. [12]
Лабораторные методы
Его можно приготовить другими методами, имеющими учебную ценность. Реакция хлорацетат натрия с нитрат натрия в водный раствор производит это соединение: [13]
Использует
Как органический растворитель он считается высокополярным (εр = 36 при 20 ° C и μ = 3,5 Дебая), но апротонный и обладает очень низкой основностью по Льюису. Таким образом, это редкий пример полярного растворителя, который также является слабо координирующим. Это делает его полезным для растворения положительно заряженных, сильно электрофильных частиц. Однако его относительно высокая кислотность и взрывоопасные свойства (см. Ниже) ограничивают его применение.
Реакции
Кислотно-основные свойства
Нитрометан относительно кислый угольная кислота. Имеет ПКа 17,2 дюйма ДМСО решение. Это значение указывает на водный pKа около 11. [14] Причина того, что он такой кислый, связана с резонансной структурой ниже:
Органические реакции
В органический синтез нитрометан используется в качестве одноуглеродного структурный элемент. [16] [17] Его кислотность позволяет ему подвергаться депротонированию, что позволяет проводить реакции конденсации, аналогичные реакциям карбонильных соединений. Таким образом, при базовом катализе нитрометан присоединяется к альдегиды в 1,2-сложении в нитроальдольная реакция. Некоторые важные производные включают пестициды хлорпикрин (Cl3CNO2), бета-нитростирол, и трис (гидроксиметил) нитрометан, ((HOCH2)3CNO2). Восстановление последнего дает трис (гидроксиметил) аминометан, (HOCH2)3CNH2, более известный как трис, широко используемый буфер. В более специализированных органический синтез, нитрометан служит донором Михаэля, добавляя к α, β-ненасыщенным карбонильным соединениям через 1,4-присоединение в Реакция Майкла.
В качестве моторного топлива
Нитрометан используется в качестве топлива в автоспорте, в частности дрэг-рейсинг, а также для контролируется радио модели [12] (Такие как легковые автомобили, самолеты и вертолеты). В этом контексте нитрометан обычно называют «нитро», и он является основным ингредиентом топлива, используемого в «Топ Топливо«Категория дрэг-рейсинга.
В кислород Содержание нитрометана позволяет ему сжигать гораздо меньше атмосферного кислорода, чем обычное топливо. При сгорании нитрометана оксид азота (NO) является одним из основных продуктов выбросов наряду с CO.2 и H2О. [18] Недавние (2020) исследования [19] Предлагаем правильное стехиометрическое уравнение для горения нитрометана:
Количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг (2,2 фунта) бензина, составляет 14,7 кг (32 фунта), но только 1,7 кг (3,7 фунта) воздуха требуется для 1 кг нитрометана. Поскольку цилиндр двигателя может содержать только ограниченное количество воздуха на каждом такте, за один такт можно сжечь в 8,6 раз больше нитрометана, чем бензина. Нитрометан, однако, имеет более низкую удельную энергию: бензин дает около 42–44 MJ/ кг, тогда как нитрометан дает только 11,3 МДж / кг. Этот анализ показывает, что нитрометан генерирует примерно в 2,3 раза больше энергии, чем бензин, в сочетании с определенным количеством кислорода.
Нитрометан также можно использовать в качестве монотопливо, т.е. топливо, которое горит без добавления кислорода. Следующее уравнение описывает этот процесс:
Нитрометан имеет ламинарная скорость горения приблизительно 0,5 м / с, что несколько выше, чем у бензина, что делает его пригодным для высокоскоростных двигателей. Он также имеет несколько более высокий температура пламени около 2400 ° C (4350 ° F). Высокая теплота испарения 0,56 МДж / кг вместе с большим расходом топлива обеспечивает значительное охлаждение поступающего заряда (примерно вдвое больше, чем у метанола), что приводит к достаточно низким температурам.
Нитрометан обычно используется с богатые топливовоздушные смеси потому что он обеспечивает питание даже при отсутствии кислорода воздуха. При использовании богатых топливовоздушных смесей продуктами сгорания являются водород и окись углерода. Эти газы часто воспламеняются, иногда очень эффектно, поскольку обычно очень богатые смеси все еще горящего топлива выходят из выхлопных отверстий. Очень богатые смеси необходимы для снижения температуры горячих частей камеры сгорания, чтобы контролировать преждевременное воспламенение и последующую детонацию. Детали эксплуатации зависят от конкретной смеси и характеристик двигателя.
Небольшое количество гидразин добавка нитрометана может еще больше увеличить выходную мощность. С нитрометаном гидразин образует взрывоопасную соль, которая снова является монотопливом. Эта нестабильная смесь представляет серьезную угрозу безопасности и Академия модельного воздухоплавания не позволяет использовать его в соревнованиях. [20]
В модель самолета и машина раскаленное топливо, основным ингредиентом обычно является метанол с некоторым количеством нитрометана (от 0% до 65%, но редко более 30%, и 10-20% смазочных материалов (обычно касторовое масло и / или синтетическое масло). Даже умеренное количество нитрометана имеет тенденцию увеличивать мощность, создаваемую двигателем (поскольку ограничивающим фактором часто является воздухозаборник), облегчая настройку двигателя (регулировку для надлежащего соотношения воздух / топливо).
Взрывчатые свойства
Нитрометан используется как модельное взрывчатое вещество вместе с тротилом. Он имеет несколько преимуществ в качестве модельного взрывчатого вещества по сравнению с тротилом, а именно его однородную плотность и отсутствие твердых постдетонационных частиц, которые затрудняют определение уравнения состояния и дальнейшие вычисления.
Выхлоп из нитрометана
Выхлопной газ от двигателя внутреннего сгорания, топливо которого включает нитрометан, будет содержать азотная кислота пар, который является едким и при вдыхании вызывает мышечную реакцию, делающую невозможным дышать. Остаток на основе конденсированной азотной кислоты, оставшийся в модельном двигателе на тлеющем топливе после сеанса полета модели, также может вызвать коррозию их внутренних компонентов, что обычно требует использования комбинации керосин для нейтрализации остаточной азотной кислоты и «масла для отработанных газов» (часто более низковязкое «масло для пневматических инструментов» популярного консервант масло) для смазки для защиты от таких повреждений при хранении такого двигателя.