Ликбез.

Серия "Основные показатели". Что такое щелочное число и почему оно важно. Чтобы понять это, нужно вернуться в старшие классы школы и вспомнить, что такое реакция нейтрализации. В мире химии есть два противоположных типа соединений, это кислота и основание. Основание в домашнем обиходе мы называем "щелочь" (ну, строго говоря - щелочь это лишь один из видов основных соединений). Основания и кислоты можно сравнить с супергероем и суперзлодеем - встречаясь, они устраивают битву века, в ходе которой тратят свои силы и нейтрализуют друг друга. Как и во всех супербитвах, при этом выделяется некоторое количество энергии, то бишь тепла. Для желающих выучить красивое слово скажем, что такие химические реакции называются экзотермичными, то есть, с выделением тепла. Как результат этой реакции, у нас остаются нейтральные и неагрессивные вещества - вода и соль. Соль, конечно, не поваренная. В химии есть свое определение солей. А вот поваренная соль может быть результатом взаимодействия Na(OH) и соляной кислоты. Гидроксид натрия Na(OH) - достаточно известная разновидность основания, то бишь щелочи. В нефти есть достаточно большое количество серы. Возможно, вы слышали, что российская нефть имеет высокое содержание серы. Даже после очистки какое то ее количество остается в топливе. Класс топлива "Евро" в том числе контролирует содержание серы в топливе. При сгорании в двигателе, сера соединяется с парами воды и образует различные виды кислот (на самом деле, это не единственный путь возникновения кислот в двигателе, но важный). Моторное масло собирает в себя эти кислоты. Чтобы масло не надо было сливать каждые пару тысяч км, в него добавляют щелочную присадку, которая должна нейтрализовать накопленные кислоты. Казалось бы, да положи ты в масло сто тыщ тонн этой присадки и вопрос решен, все кислоты будут нейтрализованы. Но нет, есть тонкий баланс рецептуры. Суп будет вкусным, только если соли будет ни много, ни мало, а достаточно. Во-первых, общее количество присадок в масле упирается в такой показатель, как зольность. Его мы разберем чуть позже. Его суть в общем количестве растворенных в масле присадок. Их не может быть больше, чем некое определенное количество. А значит, что ты должен этим общим максимально возможным количеством обеспечить все важные свойства масла, а ведь щелочность - не единственный важный показатель. Поэтому, есть типичные значения щелочного числа - показателя, который указывает на общий резерв масла по щелочи. Это то, насколько долго масло может противостоять действию кислот. Также его сокращенно пишут как TBN, Total Base Number. Причем, при сгорании дизеля образуется больше кислот, при сгорании бензина - меньше. Поэтому щелочные числа масел для бензиновых и дизельных ДВС отличаются. У дизеля TBN как правило выше. Пример: ЛУКОЙЛ Авангард Ультра 5w-40 это масло в первую очередь для дизельных ДВС, хотя и имеет спецификацию API CI-4/SL. Щелочное число Ультры равно 11.5 мг КОН на 1 г масла ЛУКОЙЛ Люкс 5w-40 полусинтетика это масло в первую очередь для бензиновых ДВС, хотя и имеет спецификацию API SL/CF. Щелочное число Люкса равно 8.1 мг КОН на 1 г масла. Да, Люкс можно залить в тот же КАМАЗ Евро-2, он требует API CF. Но его стойкость к низкокачественному дизелю будет хуже Авангарда. Но зато, если вам нужно чтобы тот же КАМАЗ Евро-2 легче заводился зимой, то дешевле и проще будет залить в него ЛЮКС 5w-40, потому что дизельные масла с вязкостью 5w-40 достать будет не очень легко. А Люкс - пожалуйста, всегда в продаже.

Поговорим о спектроскопии. Это важнейший метод анализа, позволяющий установить состав вещества. В сегодняшней заметке я попробую пользоваться некоторыми сравнениями, которые приготовил для меня искусственный интеллект, а я немного доработал. Кое-что из его описаний методов спектроскопии мне очень зашло. Кому понравится, это была 4-я версия chat gpt. Итак, что такое спектроскопия? "Спектроскопия - это мощное орудие, позволяющее нам заглянуть в мир молекул и атомов, раскрывая их секреты с помощью световых волн. Представьте себе, что молекулы - это как таинственные артисты, которые играют на сцене в потоках света, и каждый из них звучит и выглядит по-своему". Грубо говоря, мы облучаем образец вещества разными видами волн (видимых и не очень), а они в ответ излучают что-то свое. Мы улавливаем эти потоки, которые излучает вещество и по их виду понимаем, с кем имеем дело. Спектры помогают понять как качественный, так и количественный состав. А есть виды спектров, помогающие понять структуру вещества. Есть очень много видов и подвидов спектроскопии. Не буду их перечислять все, обращусь сразу к нужной нам: атомно-эмиссионной. "Атомно-эмиссионная спектроскопия (АЭС) - это как загадочное представление с участием атомов в роли артистов. Подобно тому как в музыкальных концертах звезды выходят на сцену, атомы "горят" в плазме. Атомы нагреваются до высоких температур, их электроны взлетают на более высокие энергетические уровни, а затем возвращаются на свои места, излучая свет разных цветов. Каждый элемент имеет свой характерный "световой след", и спектроскопия помогает идентифицировать элементы и определять их концентрации в образце." Таким образом, это помогает проводить как качественный, так и количественный анализ состава исследуемого образца. Важно то, что АЭС хорошо определяет атомы металлов, что ценно при изучении состава отработанных масел. Пример спектра можно увидеть в прикрепленных рисунках. При этом, этот вид спектроскопии не помогает различать структуру вещества. То есть, мы видим его состав в отдельных элементах, а также количество этих элементов. Но не понимаем, как они между собой соединены и какое конкретно соединение образуют. МИЦ ГСМ в своей работе для определения состава масел использует атомно-эмиссионный спектрометр Agilent 720. Прибор "заточен" на высокую производительность и точность. К примеру, позволяет проводить количественный анализ 73 элементов всего за 35 секунд. Однако, и у него есть погрешность. Если вы видите в анализе что-то наподобие "2 единицы какого-то элемента", с высокой долей вероятности это результат погрешности. Другая неочевидная вещь: разделение элементов на присадки, загрязнение, износ в бланке результата - чисто субьективная вещь. То есть, это делается по представлению сотрудников лаборатории о том, откуда мог тот или иной элемент попасть в масло\ОЖ. Нечасто, но бывает такое, что элемент маркирован неправильно - например, является частью состава продукта, хотя маркирован как износ.

Поговорим про методы анализа. Зачем нужен и каким бывает. Вообще, есть целый раздел в химии, который за это отвечает. Он так и называется, аналитическая химия. В зависимости от специализации, студенты его изучают от полугода до нескольких лет. Весь этот долгий процесс нужен для того, чтобы в дальнейшем правильно отвечать на один единственный вопрос: что это за штука налита вон в той колбе? Разделим этот вопрос на несколько подвопросов: -Там налита смесь веществ или одно единственное? (например, только вода, или там есть еще добавка этилового спирта) -Если это смесь веществ, то какие это вещества? (например, там смесь воды и спирта. надо понять, это метиловый или этиловый спирт) -Если это смесь веществ, то в какой пропорции они смешаны, сколько каждого из них. (например, если это смесь воды и этилового спирта, то сколько там воды, а сколько спирта). Таким образом, принципиально можно выделить: -качественный анализ. Он выясняет, какие вещества и элементы вообще присутствуют в неизвестном нам продукте. -количественный анализ. Он выясняет, в каких количествах вещества и элементы присутствуют в неизвестном нам продукте. Исторически первые методы анализа выглядели как: -попытки что-то понюхать (органолептический метод, есть и сейчас) -попытки что-то поджечь и посмотреть как и каким цветом горит. (есть и сейчас, в учебниках это называют "воздействие пламенем") -попытки смешать с другим веществом и посмотреть, как взаимодействует, как окрашивается раствор (сейчас это называется "метод определения индикаторами") -попытки высушить и задумчиво посмотреть на оставшийся сухой остаток. (так и называется, сухой остаток) Помимо этих методов, сейчас добавилось очень много аналитических хитрых приборов. Например, спектрометры, хроматографы. Они предназначены для более точного и нанометрического определения наличия и количества тех или иных элементов. В следующей заметке обсудим конкретные методы, использующиеся при анализах масел и ОЖ.

Чтобы идти дальше, мы должны понять, чем органическая химия отличается от неорганической. Органическая химия - это область химии, которая изучает соединения, содержащие цепочки атомов углерода (как правило, вместе с другими атомами, такими как водород, кислород, азот и др.). Неорганическая же химия изучает соединения без таких цепочек, например, металлы. Продолжая сравнения с конструктором лего, органическая химия изучает все виды соединений одной одинаковой детальки с четырьмя "пупырками" (углерод четырехвалентный). К ней случайным образом могут крепиться другие детальки, но чаще всего встречаются в органических соединениях азот, водород, кислород. Например, природный газ метан в домашних плитах, имеет в своем составе один атом углерода и четыре водорода. Изначально подразумевалось, что органическая химия будет изучать все живое (животные, растения). Уже потом стало понятно, что подобный состав имеют далеко не только живые организмы. Неорганическая химия (неорганика) изучает всю остальную таблицу Менделеева. Подразумевалось, что это будет наука про неживые предметы, но позже "все смешалось в доме Облонских". Давайте сразу рассмотрим, что из наших продуктов к какому разделу относится: -Антифриз: соединение воды и этиленгликоля. Этиленгликоль органика, вода - неорганика. Присадки бывают как органические, так и неорганические по составу (IAT, OAT). -Масла: базовое масло органический продукт, присадки - опять же обоих типов. -Омывающая жидкость: вода и изопропиловый спирт. Вода неорганика, спирт - органический. Почему это важно? 1. Главное: лабораторный анализ как правило определяет наличие в жидкости только неорганических соединений. Об этом поговорим отдельно 2. В описаниях продуктов часто можно встретить фразы наподобие "органический пакет присадок". Неплохо бы понимать, в чем разница между ними.

Начнем с азов: -Что такое атом? -Что такое химический элемент? -Чем вещество отличается от элемента? Атом переводится с греческого как "неделимый". Это то, что в давние времена считали самым маленьким кусочком материи. Так думали в 1860 году. Для упрощения, будем сравнивать атом с деталькой конструктора лего. Из этих деталек, соединенных в разные формы, и состоят все вещества вокруг. Сравнение удобно также тем, что есть хитрое понятие "валентность". Валентность проще всего понять, если посмотреть на "пупырки" на кубиках лего. Они нужны для соединения с другими кубиками лего, у кого-то их две, у кого-то шесть и т.д. Примерно тогда же ученые пытались понять, сколько же всего в природе есть видов деталек лего, то бишь атомов? Ответ дал Менделеев в 1969 году. Он не только помог в пересчете, но и систематизировал элементы. На тот момент было известно о 63 видах атомов (химических элементах), сейчас их 118. Вещество может состоять как из нескольких атомов. К примеру, есть химический элемент кислород (элемент обозначается как "О", от лат. Oxygenium). Но вещество кислород состоит из двух соединенных вместе атомов кислорода. Поэтому его формула O2. Когда мы говорим про присадки в маслах или антифризах, мы используем выражения наподобие "цинксодержащие противоизносные присадки". Или "молибдатный лобрид". Это вовсе не значит, что масло действительно содержит цинк, а антифриз - молибден. Это обозначает, что в продуктах есть вещества, содержащие в себе элементы цинк и молибден. И их свойства, разумеется, сильно отличаются от свойств куска металла, которым будет обычный цинк. Точно так же как в человеке очень много такого элемента как углерод, но он, человек, очень отличается от куска грифеля карандаша. Грифель карандаша - одна из основных форм чистого твердого углерода. Отдавая масло или антифриз на анализ в МИЦ ГСМ или иную лабораторию, мы получаем протокол анализа с описанием имеющихся элементов. Теперь вы должны понять, что речь на картинке не идет о том, что в масле есть цинк или кальций как таковой. Нет, там есть соединения, содержащие в себе эти элементы. Специалисты знают, что цинк обычно содержится в противоизносных присадках. А кальций - в моющей.