Нитрометан , как вид автомобильного топлива

Нитрометан не является обычным, повседневным топливом для автомобилей.

Бурная история нитрометана начинается в 30-х годах двадцатого века, когда немецкие механики обнаружили, что оставшиеся внутри двигателя остатки очистителя, называемого нитрометан, способствовали улучшению сгорания топлива и увеличению мощности мотора. Позднее, в пятидесятых годах нашего века, американские солдаты увезли секрет "нитры" к себе на родину и использовали нитрометан как присадку к топливу. Он стал "механическим компрессором для бедного человека".

Основной способ добавить двигателю мощности — закачать в камеру сгорания дополнительный объем кислорода путем установки на мотор механического компрессора для турбонаддува.

Роль нитрометана в моторах гоночных машин — химический "турбонаддув". В нитрогруппе этого соединения присутствует кислород (О2), который выходит из химической связи с азотом и вступает в реакцию окисления (горения). Азот (N) слабое в химическом отношении вещество — он может быть окислителем для водорода (аммиак NH3), но кислородом окисляется сам, т.е. химическую связь не держит, и при повышении температуры сдает позици и уходит из молекулы нитрогруппы в атмосферу, при этом освобождая атомы кислорода.

Именно этот кислород из нитрометана совместно с кислородом воздуха участвует в горении углерода топлива.

Результат — больший объем кислорода сжигает больший объем топлива за один рабочий ход поршня. Больше топлива за один взрыв в камере сгорания — сильнее удар по поршню, соответственно, увеличивается мощность двигателя. Для сравнения: в чистом виде, если в одной и той же камере сгорания может сгореть 1 "кубик" метилового спирта, то с использованием нитрометана сгорит 2,5 "кубика" за тоже время. И все же, почему в моторах большого объема для получения большей мощности выгоднее использовать не бензин, а нитрометан?

Бензин — сложное вещество, для его полного сгорания требуется гораздо больше кислорода — 1 "кубик" паров бензина полностью сгорает примерно в 12 "кубиках" воздуха, тогда как 1 "кубик" метанола только в 4-х. Поэтому бензиновые двигатели малого объема бесперспективны, слишком маленькое количество топлива можно сжечь за один рабочий ход. Этиловым спиртом тоже — "топится" не резон — глядя на формулу, видно, что углерода в этаноле в 2 раза больше, чем в метаноле. Попробуйте в печку запихнуть в 2 раза больше дров, чем обычно — гореть будет плохо. Нет достаточного количества воздуха. Поэтому происходит потеря мощности двигателя — как в примере с печкой.

Путей решения проблемы несколько, например: увеличить размер печки (камеры сгорания), но на двигателе она ограничена. Увеличить время горения — уменьшить обороты, но все равно сильно растянуть рабочий ход невозможно. Подуть на огонь (дать больше кислорода воздуха). На маленький двигатель трудно прикрутить механический компрессор. При этом стоит учитывать его вес, сложность обслуживания, для того, чтобы он принес ощутимый результат.

Вот и получается, что за одинаковое количество времени одинаковый объем смеси у метанола сгорит на 100%, у этанола на 65-75%, остальной объем углерода в этаноле, не успевая прогорать будет выходить в выхлопную трубу, а двигатель будет чувствовать себя, как будто педаль газа нажата на 75% от полного. Дать больше иглой — захлебнется, в камере сгорания и так полно, больше не надо (см. пример про печку).

Процесс горения нитрометана сопровождается разноцветными пламенем из выхлопных труб гоночных машин, он горит практически всеми цветами радуги, сливаясь в один цвет при старте автомобиля.

В гражданских целях нитрометан применяют для получения нитроспиртов, в качестве добавки к дизельным и реактивным топливам (октан бустеры), экстрагент ароматических углеводородов из нефти и нефтепродуктов, растворитель эфров целлюлозы, каучуков, природных смол, для электрофоретического покрытя керамики.

Нитрометан — довольно дорогое удовольствие. Стоимость нитрометана составляет 120-780 рублей за килограмм, в зависимости от чистоты. Для прострела на четверть мили для американского алюминиевого мотора объемом 8,2 литра, с установленным механическим компрессором требуется 50-80 галлонов нитрометана. При этом мощность получается просто запредельная — свыше семи тысяч лошадиных сил при 8000 оборотов в минуту.

Поскольку двигатель развивает нешуточную мощность, его детали меняются на более прочные. Устанавливаются алюминиевые головки и чугунные блоки цилиндров, поршни, шатуны и более производительные топливные насосы. Детали двигателя должны иметь запас мощности, чтобы в пиковых нагрузках раскручиваться до 10000 оборотов в минуту. Стоимость постройки такого двигателя составляет порядка 50 000 долларов.

Что же представляет эта термоядерная смесь?

Для начала вернемся в школу на уроки химии и посмотрим на молекулярную формулу вещества.

Метан — горный газ СН4 — то, что частенько взрывается в угольных шахтах. На один атом углерода приходится четыре атома водорода. Если убрать один атом водорода (Н), получается СН3 — со свободной валентной связью ("хвостом"), к которой можно присоединить один атом или группу атомов, с такими же свободными валентными связями, например такую же группу — СН3. Получится родственное вещество (СН3 + СН3) = С2Н6 — этан. И далее, увеличивая молекулу каждый раз на группу СН3 — получаем газы: пропан С3Н9, бутан С4Н12. Если увеличивать дальше, тогда мы получаем уже жидкости, потому что молекула становится тяжелой для газа при нормальной температуре — пентан (5 атомов углерода), гексан (6 атомов углерода) и т.д.

Но можно присоединить к "хвосту" СН3 которая может быть у каждого из перечисленных выше веществ, когда они отбросят один атом водорода (Н), группу — ОН — "кусок" молекулы воды Н2О, разложенной на один атом водорода (Н+) и ОН — гидрооксильную группу. Это делают для получения соответствующих спиртов — метилового спирта СН3ОН (метанол), этилового спирта С2Н5ОН (этанол), и далее бутилового (бутанол), пропилового (пропанол), пентилового (пентанол) и т.д.

Группа СН3 с валентной связью может присоединить нитрогруппу, остаток азотной кислоты (Н2NО3) в виде НNO3 или N2O. Знакомые всем вещества с нитрогруппой — нитроглицерин, тринитротолуол, динамит. По сути, нитрометан — простейшая по химической формуле взрывчатка. Нитрометан взрывоопасен за счет внутренних резервов кислорода. Как и у любой взрывчатки, скорость окисления усиливается участием внутреннего кислорода, поэтому он может взорваться и под водой.

Нитрометан можно получить и в лабораторных условиях.

Необходимые реактивы: хлоруксусная кислота, азотистокислый натрий, натрия гидроокиси, хлористый кальций. К смеси хлоруксусной кислоты и толченного льда прибавляют при помешивании охлажденного во льду 40% раствора гидрооксида натрия до щелочной реакции (по фенолфталеину). При нейтрализации температура смеси не должна подниматься свыше 20°С. Полученный раствор хлоруксусного натрия приливают к раствору азотнокислотного натрия в точном количестве воды, находящегося в перегонной колбе. Колбу соединяют с холодильником и закрывают пробкой с термометром, шарик которого должен быть погружен в жидкость. Затем смесь медленно нагревают до начала выделения пузырьков углекислого газа, что происходит при температуре около 80°С. Когда реакция в основном закончится, реакционную смесь осторожно подогревают, доводя температуру ее в конце реакции до 110°С. Нитрометан начинает перегоняться при температуре около 90°С. При отгонке получают четверть нитрометана и около трех четвертей воды.

Прекратив перегонку, отделяют при помощи делительной воронки нитрометан, находящийся в нижнем слое, сушат его небольшим количеством хлористого кальция и перегоняют из маленькой перегонной колбы, собирая фракцию, кипящую в пределах 98-102°С.

Тем, кто дочитал маленький урок химии до конца, хочу сказать — не пытайтесь делать нитрометан "на коленках". Не верьте в дешевые растворы студентов, производство требует химической чистоты и строгого соблюдения технологических режимов, что обеспечивается только в промышленных условиях! Желаемого результат сравнимого с очищенным промышленным топливом не достигните, а на, сэкономленные деньги — руки, ноги, глаза потом не купите, а тем более свободу и жизнь. Нет денег на "нитру" — летайте без неё.