شیمی , علوم پایه 237 بازدید

ضد یخ نوعی ماده افزودنی است که به کمک آن می‌توان نقطه انجماد مایعات پایه آبی را کاهش داد. در محیط‌های سرد،‌ از مخلوط ضد یخ بمنظور کاهش نقطه انجماد مایعات استفاده می‌کنند. ضد یخ معمول که در فروشگاه‌ها یافت می‌شود، علاوه بر کاهش نقطه انجماد، نقطه جوش مایعات را نیز افزایش می‌دهد. در نتیجه، اگر از این مایعات به عنوان خنک‌کننده استفاده شود، می‌توانند دمای بالاتری را جهت خنک‌کنندگی تحمل کنند.

از آن‌جایی‌که آب، خواص مناسبی به عنوان خنک‌کننده دارد،‌ از مخلوط آب و ضدیخ در موتورهای درونسوز بهره می‌گیرند. از جمله وظایف ضدیخ، جلوگیری از ترک خوردن محفظه‌ها و لوله‌های حاوی آب، به هنگام انجماد و منبسط شدن آن است.

پایه و اساس ضد یخ

در گذشته، آب، اصلی‌ترین سیال خنک‌کننده در موتورهای درون‌سوز به شمار می‌آمد. آب، مایعی ارزان، غیرسمی و با ظرفیت گرمایی بالا است. البته، تغییرات این مایع، تنها در بازه‌ای محدود به ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد رخ می‌دهد که به هنگام انجماد، منبسط می‌شود. مشکل انبساط آب در دمای پایین، با توسعه سیالات خنک‌کننده برطرف شد. لازم به ذکر است که نقطه ذوب و جوش، از جمله «خواص کولیگاتیو» (Collilgative Properties) در محلول‌ها به شمار می‌آیند که به غلظت مواد حل‌شونده بستگی دارند. به همین دلیل، نمک‌ها،‌ نقطه ذوب محلول‌های آبی را کاهش می‌دهند.

از نمک‌ها به طور معمول در فرآیندهای «یخ‌زدائی» (De-icing) بهره می‌گیرند اما به دلیل ایجاد خوردگی در فلزات،‌ نمی‌توان از نمک‌های محلول به عنوان ضد یخ استفاده کرد. ترکیبات آلی با جرم مولکولی کم، نقطه ذوب پایین‌تری از آب دارند و می‌توان از آن‌ها به عنوان ضد یخ استفاده کرد. محلول‌های آلی به ویژه الکل‌ها،‌ جایگزین مناسبی به شمار می‌آیند که از آن‌جمله می‌توان به اتانول، متانول و اتیلن گلایکول اشاره کرد. مواد ذکر شده، پایه تمامی ضدیخ‌های تجاری از دهه 1920 تا به امروز محسوب می‌شوند.

ضد یخ
فرآیند یخ‌زدائی از هواپیما

ترکیبات اصلی در ضد یخ

در ادامه قصد داریم تا با ترکیبات اصلی که در ضد یخ وجود دارند آشنا شویم. این ترکیبات، به طور عمده شامل اتیلن گلایکول و پروپیلن گلایکول هستند.

اتیلن گلایکول

بیشتر ضدیخ‌ها از مخلوط کردن آب مقطر با مواد افزودنی همچون «مونو اتیلن گلایکول» (Mono Ethylene Glycol) تهیه می‌شوند. از سال ۱۹۲۶، استفاده از این ماده به عنوان یک ضد یخ دائمی در دنیا رواج داشته است چراکه نقطه جوش بالای اتیلن گلایکول، امکان استفاده از آن را در تابستان و دمای بالاتر نیز فراهم می‌کند. امروزه نیز این ماده علاوه بر خودروها، در بسیاری از موارد دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته مواد جایگزین دیگری همچون پروپیلن گلایکول نیز در دسترس هستند که خاصیت سمی کمتری نسبت به اتیلن گلایکول دارند.

زمانی که در یک سیستم، از اتیلن گلایکول استفاده شود، این ماده در اثر واکنش‌های ردوکس، به پنج نوع اسید، اکسید خواهد شد که عبارتند از:

  • فرمیک اسید
  • اگزالیک اسید
  • گلایکولیک اسید
  • گلیوکسیلیک اسید
  • استیک اسید

مواد افزودنی وجود دارند که با بافر کردن pH و حفظ خاصیت قلیایی، از اکسیداسیون اتیلن گلایکول و تشکیل اسید، جلوگیری می‌کنند. علاوه بر این، برای جلوگیری از خوردگی فلزات، موادی همچون نیتریت‌ها، سیلیکات‌ها، «بورات‌ها» (Borates) و «آزول‌ها» (Azoles) را به ضد یخ اضافه می‌کنند. اتیلن‌گلایکول، ماده‌ای سمی و تلخ‌مزه است. در صورت خوردن اتیلن‌گلایکول، این ماده توسط کبد به ۴ ماده شیمیایی سمی دیگر تبدیل خواهد شد.

مدل گلایکول

پروپیلن‌ گلایکول

این ماده، خاصیت سمی بسیار کمتری نسبت به اتیلن گلایکول دارد و به عنوان ضد یخ غیر سمی شناخته می‌شود. پروپیلن گلایکول زمانی کاربرد دارد که بکارگیری اتیلن گلایکول میسر نباشد. از جمله این موارد می‌توان به کاربرد در صنایع غذایی و لوله‌های آب غیر شرب در منازل اشاره کرد. به طور مثال، سازمان غذا و دارو آمریکا (FDA)، اضافه کردن پروپلیلن‌ گلایکول را در بسیاری از مواد غذایی فرآوری‌شده همچون بستنی، سس‌های سالاد و خمیر نانوایی مجاز دانسته است.

زمانی که رنگ پروپیلن گلایکول، به قرمز تغییر کند، باید آن‌را تعویض کرد. در حقیقت، زمانی که محلول پروپیلن گلایکول در یک سیستم خنک‌کننده یا گرمایشی، به رنگ قرمز می‌رسد، نشانگر خوردگی شدید آهن است. در نبود عوامل ضدخوردگی، پروپیلن گلایکول با اکسیژن و یون‌های فلزی واکنش می‌دهد و ترکیبات مختلفی شامل اسیدهای آلی تشکیل می‌دهد که خوردگی را تشدید می‌کنند.

سایر ضد یخ‌ها

پروپیلن گلایکول متیل اتر با فرمول $$C_4H _ {10}O_2$$ را در موتورهای دیزل به عنوان ضد یخ بکار می‌گیرند که فراریت بالاتری نسبت به دو ماده دیگر دارد. علاوه بر این، از گلیسرول نیز می‌توان به عنوان ضد یخ خودروها نام برد. این ماده خاصیت سمی کمتری دارد و می‌توان آن را در دماهای بالاتر نیز به کار برد. البته استفاده از این گلیسرول، کاربرد کمتری دارد.

کاربرد ضد یخ

بسیاری از موتور خودروها از آب برای خنک کردن گرمای تولیدی موتور بهره می‌گیرند. توجه داشته باشد که در موتور خودروها، از مخلوط آب و ضد یخ استفاده می‌شود و به همین دلیل بهتر است در این موارد از واژه سیال خنک‌کننده استفاده کنیم. وظیفه اصلی این ماده، کاهش حرارت موتور از طریق پدیده «همرفتی» (Convection) و انتقال حرارت جابجایی است. مواد ضدخوردگی نیز به ضدیخ‌ها اضافه می‌شوند چراکه در رادیاتور خودروها، آلیاژها و فلزاتی همچون آلومینیوم، چدن، مس، برنج و … وجود دارند که باید در برابر خوردگی محافظت شوند.

لازم به ذکر است اگر سیال خنک‌کننده موتور، بیش از اندازه گرم شود،‌ ممکن است در داخل موتور شروع به جوشیدن کند که در اثر جوشش، حباب‌هایی ایجاد می‌شوند که به موتور، صدمات جبران‌ناپذیری وارد می‌کنند. اگر از آب خالص به عنوان سیال خنک‌کننده استفاده شود، خوردگی گالوانیک ایجاد می‌کند. در نتیجه، بهره‌گیری از خنک‌کننده مناسب در یک سیستم تحت فشار، نقاط ضعف آب را بر طرف می‌کند. اگر به نسبت ۵۰/۵۰ از آب و اتیلن گلایکول استفاده شود، در سیستمی با فشار حدود $$15 psi$$، می‌توان به بازده دمایی از $$-37 C ^ \circ$$ تا $$+129 C ^ \circ$$، بدون جوشیدن یا انجماد آب دست پیدا کرد.

مواد افزودنی در ضد یخ‌

تمامی ضدیخ‌هایی که در خودروها بکار می‌روند، همگی به دلیل وجود موادی همچون روان‌کننده‌ها، بافرها و همچنین مواد ضد خوردگی، برای طبیعت مضر هستند. مواد افزودنی که به طور معمول در ضدیخ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، در زیر آورده شده‌اند:

  • سدیم سیلیکات
  • دی‌سدیم فسفات
  • سدیم مولیبدات
  • دناتونیوم بنزوات
  • دکسترین

رنگ سبز دی‌سدیم فلورسین را به طور معمول به اتیلن گلایکول اضافه می‌کنند تا بتوان نشتی این مایع را در خودروها به راحتی تشخیص داد. زمانی که به این رنگ، اشعه فرابنفشی از خورشید یا لامپ برسد، به رنگ سبز دیده می‌شود. ضدیخ در خودروها، بوی مشخصی دارد که ناشی از اضافه کردن ماده ضد خوردگی «تولی تری‌آزول» (Tolytriazole) است.

خطرات استفاده از ضد یخ

اتیلن گلایکولی که در بیشتر ضد یخ‌ها وجود دارد، ماده‌ای سمی برای انسان و سایر موجودات زنده به شمار می‌آید که حمل و استفاده از آن باید با احتیاط صورت بگیرد. خوردن این ماده، تهوع را به همراه دارد که ممکن است با سایر بیماری‌ها اشتباه گرفته شود. با تبدیل شدن گلایکولیک اسید در بدن به گلیوکسیلیک اسید و پس از آن به اگزالیک اسید، در نهایت، اگزالیک اسید تولیدی با کلسیم، بلورهای کلسیم اگزالات را تولید می‌کند که ممکن است در مغز، قلب، کلیه و شش‌ها رسوب و مشکلاتی به خصوص در کلیه‌ها ایجاد کنند.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده‌ است،‌ آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

telegram
twitter

سهیل بحر کاظمی

«سهیل بحرکاظمی» فارغ‌التحصیل رشته مهندسی نفت، گرایش مهندسی مخازن هیدروکربوری از دانشگاه علوم و تحقیقات تهران است. به عکاسی و شیمی آلی علاقه دارد و در زمینه‌ متون شیمی به تولید محتوا می‌پردازد.

بر اساس رای 1 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *