Плотность бензина и воды¶
Плотность бензина — физико-химическая характеристика, определяющая массу единицы объёма углеводородного топлива; она существенно ниже плотности воды, что является причиной плавания бензина на поверхности воды. Плотность бензина (в зависимости от марки и сезонной рецептуры) составляет 0,71–0,78 г/см³, тогда как плотность пресной воды при 20 °C равна 0,998 г/см³, морской воды — около 1,02–1,03 г/см³. Таким образом, бензин легче воды примерно на 22–29 %.
¶Физические характеристики
¶Плотность бензина
Бензин — смесь углеводородов (алканов, циклоалканов, ароматических соединений) с числом атомов углерода от 4 до 12. Низкая молярная масса и слабые межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса обусловливают малую плотность вещества. Показатели зависят от вида топлива:
| Марка бензина | Плотность при 20 °C, г/см³ |
|---|---|
| АИ-92 (летняя) | 0,725–0,750 |
| АИ-95 | 0,730–0,755 |
| АИ-98 | 0,740–0,770 |
| Авиационный Б-70 | 0,710–0,730 |
ГОСТ 32513-2013 устанавливает нижнюю границу плотности автомобильных бензинов на уровне 0,700 г/см³ и верхнюю — 0,780 г/см³. Зимние смеси обычно легче летних, поскольку содержат больше лёгких фракций.
¶Плотность воды
Чистая вода при 4 °C имеет максимальную плотность 1,000 г/см³; при 20 °C она снижается до 0,998 г/см³. Растворённые соли увеличивают показатель: в морской воде плотность достигает 1,025 г/см³. Разница в плотности между бензином и водой устойчива практически во всём диапазоне рабочих температур, поэтому разделение фаз происходит всегда.
¶Почему бензин легче воды
Причина кроется в молекулярном строении. Молекулы воды (H₂O) образуют прочную водородную сеть, обеспечивающую высокую плотность упаковки. Углеводородные молекулы бензина значительно крупнее, но их масса распределена в объёмном «объёме» молекулы с низкой эффективной плотностью упаковки. Кроме того, межмолекулярные взаимодействия между неполярными углеводородами и полярной водой слабы — это проявляется в гидрофобности бензина и чётком разделении слоёв при смешивании.
¶Практические следствия
¶Разлив на воде
При авариях на танкерах, разливах на промышленных объектах и в акваториях бензин образует на поверхности воды тонкую плёнку, которая быстро распространяется. Толщина плёнки может составлять доли миллиметра, однако площадь покрытия — гектары. Это определяет повышенную пожарную опасность: достаточно искры для воспламенения поверхности. Для локализации используют пенные и сорбционные средства.
¶Разделение в резервуарах
В нефтепереработке и хранении топлива применяют принцип гравитационного разделения: вода, как более тяжёлая фаза, оседает в нижней части резервуара, откуда её удаляют через специальные дренажные устройства. Это основа работы водонефтяных сепараторов и сливных устройств топливных баков автомобилей и самолётов.
¶Определение подлинности
Бытовой способ проверки качества бензина — смешивание с водой: подлинное топливо всплывает и образует отдельный слой, тогда как содержащие воду или спиртовые примеси образуют эмульсию либо осадок. Метод применяется как грубая экспресс-оценка, не заменяющая лабораторный анализ.
¶Другие топлива и жидкости
| Вещество | Плотность при 20 °C, г/см³ | Отношение к воде |
|---|---|---|
| Дизельное топливо | 0,82–0,86 | легче |
| Керосин | 0,78–0,82 | легче |
| Масло моторное | 0,86–0,90 | легче |
| Метанол | 0,792 | легче |
| Этанол | 0,789 | легче |
| Серная кислота (98 %) | 1,84 | тяжелее |
| Ртуть | 13,53 | тяжелее |
Как видно, практически все органические жидкости, включая спирты и масла, легче воды. Исключение составляют только сильно минерализованные растворы и расплавы металлов.
¶Безопасность
Бензин легче воды, поэтому тушение водой неэффективно и опасно: струя лишь разбрасывает горючую плёнку, увеличивая площадь возгорания. Основные средства — порошок, пена, CO₂, песок. При этом пары бензина, будучи тяжелее воздуха (молярная масса ~90–110 г/моль против 29 г/моль воздуха), опускаются к полу и накапливаются в низинах, что создаёт риск взрыва.
¶Источники
- ГОСТ 32513-2013. Бензины автомобильные. Технические условия.
- ГОСТ Р 52368-2005. Топливо дизельное Евро. Технические условия.
- Справочник химика. Том 1. Основные свойства неорганических и органических веществ.
- Водородные связи в жидкой воде / Успехи химии.
- Правила предупреждения загрязнения нефтью (MARPOL 73/78).