מספר אוקטן

מספר אוקטן הוא המדד המקובל לבחינת הביצועים של בנזין במנוע בעירה פנימית. ככל שמספר האוקטן גדול יותר כך ניתן ליצור לחץ דחיסה גבוה יותר בתוך תאי השרפה של המנוע מבלי לגרום להצתת התערובת. לכן, במנועים בעלי נצילות גבוהה שבהם נוצר לחץ דחיסה גבוה, נעשה שימוש בדלקים בעלי מספר אוקטן גדול.

היסטוריה

כבר בשנת 1912 נצפתה במנועי שרפה פנימית תופעת ההצתה המוקדמת והבלתי מתואמת. המנועים הפיקו רעש שהוגדר כ"צילצולים", ולאחר בדיקות המנוע התגלו נזקים מכניים רבים למכלולי הבוכנה השונים. הבדיקות העלו כי הגורם העיקרי לנזקים קשור בשליטה על יחס הדחיסה בתוך הצילינדרים. מהנדסים ניהלו מספר רב של ניסיונות לשיפור התיאום בין מועד הדחיסה ותזמון ההצתה, בין היתר באמצעות שינויים במבנה הצילינדרים עצמם, אך כל הניסיונות לא הובילו למציאת הגורם ליצירת ה"צילצולים" ולהפחתת הנזקים במנוע.

בשנת 1927 העלה המהנדס גרהם אדגר (Graham Edgar) את הרעיון כי בעיית ההצתה המוקדמת קשורה בהרכב חומרי הדלק ובעיקר ביחס התערובת בין החומרים הדליקים לבלתי דליקים כתלות בלחץ המופעל עליהם, ובתנאי שיהיו בעלי מאפיינים פיזיקליים דומים כמו נקודת רתיחה והיתוך, צפיפות וכושר אידוי. אדגר מצא כי התערובת של איזואוקטן (C₈H₁₈) והפטן (C₇H₁₆) ביחס של 60:40 עומדת בדרישות הללו והיא הפכה לתערובת הדלק הסטנדרטית במנועי רכב החל בשנות ה-30.

עקרונות

אוקטנים הם משפחה של פחמימנים המשמשים כמרכיב עיקרי של בנזין. האוקטן הוא נוזל חסר צבע הרותח בטמפרטורה של 125 מעלות צלזיוס. איזואוקטן שנוסחתו הכימית היא ${\ce {(CH3)3CCH2CH(CH3)2}}$ , משמש כאמת מידה סטנדרטית לבחינת נטייתם של דלקים מסוג בנזין להתלקח באופן עצמי. הצתה עצמית של בנזין עלולה לגרום לחוסר יעילות ואף לנזק בפעילותו של המנוע אם היא מתרחשת במהלך הדחיסה, בשלב הקודם להצתה המתוזמנת למצב שבו הלחץ נמצא בשיאו בתוך הצילינדר. הצתה מוקדמת כאמור עלולה לגרום לשברים במכלולי המנוע.

מכיוון שקיימים דלקים מסוימים אשר מגלים עמידות רבה יותר בפני דטונציה מאשר איזואוקטן, ייתכן מצב שבו לבנזין מסוים יקבע מספר אוקטן גבוה מ-100. כאשר נעשה שימוש בדלקים כמו גפ"מ או דלקים מבוססי אלכוהול כגון מתנול ייתכן מצב שבו יקבע לדלק מספר אוקטן של 110 ואף יותר מכך. על מנת להעלות את מספר האוקטן של בנזין רגיל, ניתן להשתמש גם בתוספי דלק שונים אשר רובם מורכבים מחומרים אשר המולקולות שלהם מכילות אטום אחד או יותר של חמצן. בעבר נעשה שימוש בתוסף דלק המכיל גם עופרת טטרה אתיל אך השימוש בו הופסק מסיבות של בריאות הציבור ואיכות הסביבה וכיום נעשה בו שימוש רק בדלק למנועים תעופתיים.

מספר אוקטן אינו מהווה מדד לתכולת האנרגיה של הבנזין אלא רק לנטייתו לבעור באופן מבוקר ולא להתפוצץ.

קביעת המדד

קביעת מספר האוקטן של בנזין מסוים מתבצע באמצעות הפעלת מנוע בדיקה, והשוואת ביצועי הדטונציה שלו מול מנוע הפועל בתערובת של איזואוקטן והפטאן. החלק היחסי באחוזים של איזואוקטן בתערובת אשר מניבה ביצועים שווים הוא מספר האוקטן שנקבע לבנזין הנבדק. לדוגמה, בנזין המפיק מאפייני דטונציה זהים לתערובת המכילה 95% איזואוקטן ו-5% הפטן יהיה בעל מספר אוקטן של 95.

דוגמאות למספרי אוקטן של חומרים שונים

שם	שם כימי	מספר אוקטן
הפטאן	n-Heptan	0
הקסן	n-Hexan	26
פנטן	n-Pentan	58
איזוהקסן	‎	74
ציקלוהקסן		83
נאופנטן	‎	86
בוטאן	n-Butan	94
איזופנטן	‎	94
נאוהקסן	‎	94
בנזול	בנזן	99
איזואוקטן	‎	100
איזובוטן	Methylpropan	102
דיאיזופרופיל	‎	102
ציקלופנטן		103
אתילבנזול	Ethylbenzen	107
אתנול		108.6
טולואול	Methylbenzen	110
ETBE	Ethyl tert-butyl ether	117
MTBE	Methyl tert-butyl ether	118
קסילול	o-Xylol	120
דיציקלופנטדיין	‎	229

לקריאה נוספת

Stauffer, Eric; Dolan, Julia A.; Newman, Reta (2008). "Flammable and Combustible Liquids". Fire Debris Analysis. pp. 199–233. doi:10.1016/B978-012663971-1.50011-7. ISBN 978-0-12-663971-1.
Dabelstein, Werner; Reglitzky, Arno; Schütze, Andrea; Reders, Klaus; Brunner, Andreas (2016). "Automotive Fuels". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a16_719.pub3. ISBN 978-3527306732.
Kemp, Kenneth W.; Brown, Theodore; Nelson, John D. (2003). Chemistry: the central science. Englewood Cliffs, N.J: Prentice Hall. p. 992. ISBN 0-13-066997-0.
Harwood, Richard; Coates, Christopher; Talbot, Christopher (2015-07-31). Chemistry for the IB Diploma Second Edition. Hodder Education. ISBN 9781471829222.