Температура замерзания спирта с водой

С 2007 года многие производители в Российской Федерации стали выпускать зимние стеклоомыватели с составом до 9 % этилового спирта (содержание менее 9 % позволяет не уплачивать акцизный сбор на спиртосодержащую продукцию), изопропиловый спирт, поверхностно-активные вещества, красители и отдушки.

Начиная с 2013 года некоторые производимые в России жидкости изготавливаются с добавлением токсичного этиленгликоля, либо безвредного пропиленгликоля. [ источник не указан 1106 дней ]

При температуре −25 °C замерзает: водный раствор метанола 35%vol, водный раствор этанола 40%vol и водный раствор изопропанола 45%vol [ источник не указан 1346 дней ] .

Зависимость температуры замерзания смеси этилового спирта с водой, в зависимости от концентрации спирта в смеси (по массе), представлена на следующей таблице [1] [2] :

Зависимость температуры замерзания смеси изопропилового спирта с водой от концентрации представлена в таблице [3] :

Интересные факты [ править | править код ]

• В середине 90-х годов 20-го века в России в качестве зимнего стеклоомывателя зачастую использовалась дешёвая водка, замерзающая при температуре окружающего воздуха около −25°С, содержание этилового спирта в которой составляет 40% объёма или ≈ 35% веса. По стоимости водка была дешевле, чем стеклоомыватель промышленного изготовления, при этом она была существенно более доступна в продаже.
• Проверить качество незамерзающей жидкости (а именно — температуру замерзания) легко с помощью морозильной камеры (средняя температура — от −15°С до −25°С) и уличного термометра. Необходимо учесть при проведении эксперимента, что незамерзающая жидкость не переходит в состояние твердого льда, как вода, превращаясь в монолит, а постепенно становится гелеобразной массой, медленно кристаллизуется). Следует также учитывать, что при быстром движении автомобиля на обдуваемом ветровом стекле температура жидкости ниже, чем окружающая температура воздуха, по причине её активного испарения из-за непрерывного обдува стекла встречным потоком воздуха.
• Если жидкость в патрубках подачи стеклоомывателя всё-таки замёрзла, рекомендуется отогнать машину в отапливаемый гараж и подождать, пока патрубки оттают, затем слить некачественную незамерзайку и залить проверенную. В полевых условиях возможно достичь размораживания жидкости в патрубках, накрыванием капота и решетки радиатора машины теплоизолирующим материалом (одеяло, кошма). После этого завести двигатель. Через некоторое время подкапотное пространство нагреется и жидкость в патрубках отмёрзнет.
• Во многих автомобилях появляется предупреждение, когда уровень жидкости низкий, при этом некоторые производители автомобилей заменяют поплавковый датчик, генерирующий этот сигнал с помощью простого двухконтактного зонда в баке. Для этого требуется проводящая жидкость. Известны случаи, когда бортовой компьютер сообщал об ошибке в случае использования дорогих стеклоомывателей на основе изопропанола. В результате складывалась парадоксальная ситуация, когда для корректной работы автоматики автомобилистам приходилось использовать дешевую, не сертифицированную жидкость (на основе этанола или метанола).

См. также [ править | править код ]

Примечания [ править | править код ]

1. ↑ Справочник лаборанта-химика. Писаренко В.В. 1970. с. 79
2. ↑ Ацетатные растворители в лесохимической промышленности. Справочное пособие по физико-химическим свойствам низкомолекулярных кислот, спиртов и сложных эфиров. Чащин А.М., Глухарева М.И. 1988. с. 46
3. ↑Isopropanol (2-Propanol) based Water Solutions (англ.)

Литература [ править | править код ]

А. Вайсбергер, Э. Проскауэр, Дж. Риддик, Э. Тупс. Органические растворители. — М.: Издатинлит, 1958.

Свойства спиртных напитков всегда интересовали человека, ведь из-за особого состава они непохожи на все остальные жидкости, предназначенные для питья. Для того чтобы понять это, даже не нужно было знать формулы веществ. Как пример, историки знают об особенно холодных зимах в Европе по сохранившимся документам, где указано, что в погребах даже замерзало вино. Какова температура замерзания спирта и содержащих его напитков, тогда не было известно. В наши дни наука продвинулась вперёд и этот вопрос можно прояснить.

Этиловый спирт

Так как в алкогольных напитках (и прошлых столетий, и современных) содержится именно этиловый спирт, его свойства наиболее интересны не только химикам и физикам, но и всем остальным людям. Зная соотношение спирта и воды в напитке, можно рассчитать, при какой температуре он превратится в лёд и возможно ли это в бытовых условиях.

Этанол – он же этиловый, винный спирт, метилкарбинол или же просто спирт – в стандартных условиях представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Он горюч и выделяет летучие пары. Вкус и запах продукта примерно представляют себе все. Одноатомный насыщенный спирт со знакомой со школьной скамьи формулой C₂H₅(OH) используется не только в производстве алкоголя, но и как топливо, растворитель, компонент дезинфицирующих средств и лекарств, в парфюмерии, пищевой и химической промышленности. В медицине применяется раствор спирта 96-ти или 70%, который должен быть предварительно очищен.

Как замерзает этиловый спирт

Замерзание – это тот момент, когда вещество меняет агрегатную форму, переходя из жидкой формы в твёрдую, кристаллическую. На этот процесс оказывают влияние состав и молекулярные свойства вещества, наличие в нём примесей, уровень атмосферного давления в момент охлаждения и другие факторы.

Что касается этилового спирта, то достигнуть этого состояния в естественных природных условиях на планете Земля ему не суждено: абсолютная температура замерзания спирта равна -117°C. По другим данным это показатель составляет -114 или 115°C. Вот какой продукт не боится никаких морозов, может, поэтому прочно ассоциируется с согреванием.

Спиртовые растворы

Спиртосодержащие напитки тоже устойчивы к холоду, но заморозить их всё же возможно – как вино из европейских погребов, которое фактом своего замерзания ясно говорило об экстремальных для тех широт и времени температурах. Всё дело в воде и других добавках, которые делают из чистого спирта раствор, разбавляя его концентрацию.

Раствор, в котором спирта в 2 раза меньше, чем воды, замерзает при -17°C. Если соотношение спирта и воды составляет 1:3, то его температура замерзания будет уже -11 градусов ниже нуля.

Водка представляет собой 40%-ный раствор спирта, то есть в ней 6 частей воды и 4 части спирта. Она замерзает при 25–29° ниже нуля. Если же напиток превратился в лёд при более высокой температуре, например, -20 градусах, это уже серьёзный повод усомниться в его качестве и составе. Водка, разбавленная пополам с водой, переходит в твёрдое состояние уже при -7,5°C.

При этом водка замерзает постепенно, но не так, как вода. Сначала она становится вязкой, желеобразной, а потом индевеет отдельными пластинами. Это связано с тем, что по мере замерзания в растворе увеличивается концентрация этанола, процесс отвердевания протекает неравномерно. Загустевшая водка не имеет характерного вкуса и запаха, за счёт чего пьётся легко, а потому очень просто увлечься экспериментом, перебрать с её количеством и получить серьёзное отравление.

Пиво относится к слабоалкогольным напиткам, так как содержит мало этанола. И замерзает оно уже при -2 градусах, о чём знают все, кто хоть раз забывал пиво в морозилке, надеясь охладить его быстрее. Пить такой напиток не опасно, однако он может потерять во вкусовых качествах. То же самое относится и ко всем слабо- и среднеалкогольным напиткам: вину, вермуту, коктейлям.

Интересно, что сильное охлаждение играет существенную роль в приготовления ряда алкогольных напитков. Некоторые разновидности бренди и метаксу по технологии специально подвергают выдержке при -6°C в течение нескольких месяцев.

Другие разновидности спирта

Изопропиловый спирт используют в качестве заменителя этанола в косметике, парфюмерии, для производства растворителя, антифриза, для сварки оптических волокон и так далее. Замерзает при -90°C. 70%-ный изопропанол применяется в качестве антисептика, пропитывающего медицинские салфетки. Его температура замерзания выше, примерно -29 градусов.

Метиловый спирт (метанол, древесный спирт, метилгидрат) имеет формулу CH₃OH. Сильный растворитель, в основном используется для производства формальдегида. Метанол – опаснейший яд, причём даже в малых количествах. 60%-ный раствор метилового спирта замерзает при температуре -75,7°C, 20%-ный – при -15°C, 10%-ный – при 5,6°C.

Нашатырный спирт – это водный раствор гидроксида аммония. Известен своим резким запахом и способностью приводить в чувство при обморочном состоянии. Также его применяют для того, чтобы вызвать рвоту при отравлении алкоголем: нужно выпить раствор нашатыря, 5-10 капель на 100 мл воды. Чаще всего в медицинских и бытовых целях нам помогает 10% раствор аммиачной воды, который обладает свойством замерзать уже при -12 градусах по Цельсию. 25%-ный раствор затвердевает при температуре -56°C.

С наступлением холодной погоды я, как всегда, немного заранее решил перейти на незамерзающую жидкость стеклоомывателя. В прошлые годы я использовал довольно хорошую жидкость Spectrol Лимон -30°C, продающуюся в 4 л канистрах с достаточно удобным носиком для заливки. Канистра от неё, с отрезанной боковиной, к тому же, оказалась очень хороша для слива и последующего перелива в другую тару отработанного моторного масла. Зайдя в привычный для покупки этой незамерзайки магазин я был обескуражен её отсутствием. Как оказалось, что хорошую текучесть в мороз и несильный запах Spectrol был обусловлен наличием в ней 32% объёма метанола, что указано на сайте Роспотребнадзора. Причём в ней явно был в добавок изопропиловый спирт, ведь характерный запах от неё присутствовал, хоть и не такой сильный, как от других незамерзающих жидкостей. В этот же список вошла и найденная хорошая по отзывам незамерзайка Blizzard. В связи с отсутствием Spectrol я решил в очередной раз быть обманутым и для разбавления воды в бачке стеклоомывающей жидкости купил концентрат незамерзайки Liquy Moly ANTIFROST -70°C.

Продолжая выбирать незамерзайку я также прочитал о свойствах трёх спиртов, которые могут использоваться при её производстве: изопропилового, метилового и этилового. Поэтому зайдя по дороге в тот же магазин я уже не стал брать опять появившуюся в продаже жидкость Spectrol.

Ниже приведу важную информацию, которую я вычитал про спирты.
Источники: Википедия, немного разрозненных статей найденных через поисковик.

Составил наглядную таблицу температуры замерзания раствора спиртов с водой. Данные брал с этого сайта (The Engineering ToolBox).

Следующим по совокупности свойств для незамерзаек можно использовать метиловый спирт. Для производства незамерзающей жидкости до -30°C требуется не более 40% объёма метанола в растворе с водой. Несмотря на лучшую летучесть, относительно изопропилового спирта, а также меньшую ПДК паров, для производства качественной незамерзающей жидкости требуется почти в 2 раза меньше спирта, чем при использовании изопропанола. В связи с этим отсутствует необходимость использования излишнего количества других опасных для здоровья вспомогательных добавок, например, этиленгликоля. Этиленгликоль, наряду с метанолом и изопропанолом относят к веществам III-его класса опасности. ПДК паров в рабочей зоне как и у метанола — 5 мг/м³. Тем не менее, метанол в РФ запрещён Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 11 июля 2007 г. N 47 г. Москва "О прекращении использования метилового спирта в средствах по уходу за автотранспортом". Постановление призвано сохранить жизнь и здоровье при халатном обращении с метанолосодержащими жидкостями: употребление (в том числе по неосторожности, например детьми), неправильным хранением (плохая канистра в багажнике), разведением жидкости в непроветриваемых помещениях, попадание на кожу при переливании и т.п.

Из-за описанных юридических ограничений у нас продаётся вонючая, достаточно дорогая и с посредственными свойствами "незамерзающая" жидкость на основе худшего из трёх претедентов — изопропилового спирта. Для производства незамерзающей жидкости до -30°C требуется чуть более 70% объёма изопропанола в растворе с водой. В связи с тем, что такую концентрацию, из-за его запаха и токсичности, никто разводить не будет, то не исключены возможные добавки слишком большого объёма других опасных веществ, за которыми ведётся меньший контроль при применении в производстве. При этом обещанную стойкость до -30°C всё равно никто не соблюдает.

Есть вариант приобретения незамерзайки у торговцев вдоль дорог, в надежде на метанольную омывайку, но нет никаких гарантий в её качестве и составе. Точнее есть гарантии плохого качества, если она и не будет замерзать, то забьёт отложениями красителя и моющего средства систему омывания стёкол, а может и метанола там будет столько, что использовать её будет совсем небезопасно.

Итогом стало решение самостоятельно развести незамерзающую омывающую жидкость на основе этилового спирта.

Использование особо вредных изопропилового и метилового спиртов в домашних условиях может быть очень опасно для жизни и здоровья, не рискуйте!

Самостоятельное разведение такой омывающей жидкости даже экономически обосновано. За прошлый сезон мной было израсходовано 12 л покупной омывайки Spectrol до -30°C и 5 литров летней омывайки Liquy Moly до -5°C (тоже гадость, как и их зимняя). При сравнимой цене можно самому намешивать омывающую жидкость на основе этилового спирта, воды и небольшого количества средства для мытья посуды. Спирт сам по себе здесь выступает хорошим пеногасителем, т.е. опасаться большого количества замёрзшей пены мешающей обзору не стоит. По прикидкам — 5 л на сезон должно хватить. С запасом имеется 10 л. Без нареканий я использую летом обычную фильтрованную воду и средство для мытья посуды.

Соблюдайте технику безопасности при работе с этиловым спиртом! Работы проводите в хорошо проветриваемом помещении. Рекомендуется использование респиратора и резиновых перчаток. Избегайте попадания на кожу и слизистую оболочку.

Для разведения зимнего раствора размечаем канистру с отсечками по 0.5 л (10%), начиная от 2.5 л. Поскольку практичнее в канистру сначала налить воду в раковине, из крана фильтра, то помечаем риски по уменьшению концентрации спирта и увеличению температуры до верхней части канистры, начиная с середины. Разметку делал доливая по поллитра воды из мерной ёмкости. Получается удобная шкала для приготовления раствора. Если опытным путём выяснится, что отмеченные температуры несколько ниже реальных температур замерзания, то пометки маркером можно будет легко стереть тем же самым спиртом.