Piombo tetraetile: la soluzione a uno e causa di molti nuovi problemi

Dagli anni '20 fino agli anni '70, la maggior parte delle auto a benzina negli Stati Uniti utilizzavano carburante contenente piombo. La ragione di ciò era ridurre l'effetto di detonazione del motore dovuto alla combustione anomala nei motori a combustione interna dell'epoca. Sebbene il piombo – sotto forma di piombo tetraetilenico – fosse efficace in questo senso, anche gli anni ’20 videro sia l’esistenza di agenti antidetonanti alternativi sia una scomoda consapevolezza delle implicazioni sulla salute dell’esposizione al piombo.

Vedremo cosa ha spinto all'adozione del piombo tetraetilenico e perché è stato gradualmente eliminato una volta che le questioni legate all'ambiente e alla salute sono state messe a fuoco. Ma che dire dei suoi effetti antidetonanti? Esamineremo anche gli agenti antidetonanti alternativi che hanno preso il suo posto e come viene gestito oggigiorno il problema dei colpi del motore.

In un motore a combustione interna (ICE), idealmente la miscela aria-carburante che viene iniettata in un cilindro si accenderà nel momento perfetto in cui il fronte di fiamma si sposterà verso l'esterno dal punto di accensione, con ogni parte della miscela aria-carburante che brucia. completamente. Ciò consentirà il massimo utilizzo dell'energia nella miscela di carburante, provocando al tempo stesso una corsa pulita del pistone.

In realtà, però, le sacche di questa miscela aria-carburante si infiammano prima che il fronte di fiamma le raggiunga. Queste cosiddette "fiamme fredde" si verificano a causa della compressione del pistone combinata con leggere irregolarità nella miscela, che provocano ulteriori onde di pressione nel cilindro. Ciò aumenta la pressione del cilindro e provoca il tipico rumore metallico che indica i colpi del motore. A seconda di quante di queste tasche si infiammano al di fuori del fronte di fiamma della candela, il risultato potrebbe essere una maggiore usura dei componenti o addirittura la loro completa distruzione.

Fondamentale è quindi il numero di ottano del carburante, poiché determina essenzialmente a quale livello di compressione il carburante si accenderà (senza scintilla). I carburanti ad alto numero di ottano quindi bruciano meno facilmente, ma consentono livelli di compressione molto più elevati, che producono effettivamente più potenza. Al contrario, i motori diesel richiedono carburanti a basso numero di ottano, poiché comprimono solo l'aria, con il carburante che viene iniettato alla fine del ciclo di compressione, con il calore dell'aria compressa che accende il carburante.

Fortunatamente esistono diversi modi per prevenire questo effetto di accensione prematura. Questi includono:

Puoi scegliere il primo punto utilizzando un cosiddetto agente antidetonante, una sostanza chimica che aumenta il numero di ottano del carburante aumentando la temperatura e la pressione alla quale avviene l'autoaccensione. Il piombo tetraetile (TEL) è un esempio di tale agente. La sua formula chimica è (CH3CH2)4Pb.

All'interno dei cilindri del motore, la funzione del TEL è quella di spegnere le accensioni spontanee che avvengono al di fuori del fronte di fiamma affrontando i radicali pirolizzati che altrimenti sosterrebbero la reazione a catena della fiamma fredda. Qui il piombo è il vero e proprio agente reattivo, mentre il resto del TEL serve a permettergli di dissolversi nella benzina (grazie ai suoi gruppi alchilici).

Quando il TEL viene bruciato, produce anidride carbonica, acqua e piombo:

Il piombo può reagire ulteriormente con l'ossigeno per formare ossido di piombo (II):

Se lasciati soli, il piombo e l'ossido di piombo (II) si accumulerebbero all'interno del motore e lo distruggerebbero. Per evitare ciò, vengono aggiunti depuratori di piombo come 1,2-dibromoetano e 1,2-dicloroetano per formare rispettivamente bromuro di piombo (II) e cloruro di piombo (II) (sfortunatamente nessuno dei due è bello quanto lo ioduro di piombo (II)). Questi composti vengono facilmente rimossi dal motore durante il normale funzionamento, da dove verrebbero rilasciati nell'ambiente.

Oltre al piombo, è noto che altre due sostanze aumentano il numero di ottani della benzina: l'etanolo (C2H6O) e il benzene (C6H6). Per l'etanolo questa proprietà di aumento del numero di ottani è dovuta al fatto che l'etanolo è adatto come sostituto completo (anche se più costoso) della benzina. Poiché l'etanolo ha per impostazione predefinita un numero di ottano più elevato rispetto alla maggior parte dei carburanti benzina, miscelando una percentuale di etanolo nella benzina si fa sì che quest'ultimo abbia un numero di ottano più elevato, ottenendo l'effetto antidetonante desiderato.