مانع تجمد

مانع تجمد في مشعاع السيارة.

مانع التجمد أومضاد التجمدمادة (عادة سائلة) تمنع تجمد سائل (عادة الماء). وأشهرها غليكول الإيثيلين الذي يضاف إلى الماء لصناعة «سائل الزجاج» الذي يوضع في مشعاع السيارات، والذي يوضع في الوعاء الذي يسحب منه ليرش على زجاج السيارات الأمامي، وهوضروري في الأماكن التي تنخفض درجات حرارتها تحت الصفر. ويحمل مانع التجمد درجة الانصهار (درجة الحرارة الفاصلة بين الحالتين السائلة والصلبة).

مبدأ العمل وتاريخ مانع التجمد

كان الماء المبردَ الأصلي المستخدم في محركات الاحتراق الداخلي. فهورخيص، وغير سام، وذوسعة حرارية مرتفعة. ولكن مجاله السائل يبلغ 100 درجة مئوية فقط، وهويتمدد عند التجمد. تعالج هذه المشاكل عن طريق تطوير مبردات بديلة لها خصائص محسنة. يُعد التجمد والغليان خصائص تجميعية لمحلول ما، وهي تعتمد على هجريز المواد المنحلة. لذلك تخفض الأملاح درجات انصهار المحاليل المائية. تستخدم الأملاح بكثرة لإزالة الجليد، ولكن محاليل الأملاح لا تستخدم في أنظمة التبريد لأنها تتسبب في تآكل (حت) المعادن. تميل المركبات العضوية ذات الوزن الجزيئي المنخفض لامتلاك درجات انصهار أخفض من الماء، ما يجعلها مرغوبة كوسائط منع تجمد. تكون محاليل المركبات العضوية -وخاصةً الكحول- في الماء فعالة. كانت الكحول -الإيثانول، الميثانول، إيثيلين غليكول، ...إلخ- أساس جميع موانع التجمد كونها أصبحت متداولة تجاريًّا في عشرينيات القرن العشرين.

الاستخدامات وأماكن الاستخدام

الاستخدام في السيارات ومحركات الاحتراق الداخلي

كانت معظم محركات السيارات مبردة «بالماء» لإزالة الحرارة الضائعة، رغم حتى ما يسمى «الماء» كان في الحقيقة تعبير عن خليط من مانع التجمد والماء وليس ماءً مقطرًا. يستخدم مصطلح مبرد محرك بشكل واسع في مجال السيارات، ما يغطي وظيفته الرئيسية المتمثلة في نقل الحرارة بالحمل لمحركات الاحتراق الداخلي. عند استخدامه في سياق السيارات، تضاف مانعات التآكل لتساعد في حماية مشعات المركبات، والتي غالبًا ما تحتوي على أنواع من المعادن غير المتوافقة كهروكيميائيًّا (الألمنيوم، حديد الصب، النحاس، النحاس الأصفر، القصدير، ...إلخ). يضاف أيضًا مشحم غطاء مضخة الماء.

يُستخدم كطور مانع للتجمد ليتغلب على مساوئ الماء كمائع ناقل للحرارة.

من جهة أخرى، إذا أصبح مبرد المحرك ساخنًا جدًّا، فإنه يمكن حتى يغلي أثناء وجوده داخل المحرك، ما يسبب تشكل فراغات (جيوب من البخار)، تؤدي إلى نقاط ساخنة موضعية وإلى انهيار المحرك بشكل كارثي. إذا استُخدم الماء المقطر كمبرد للمحرك، سيؤدي إلى التآكل الغلفاني. للتغلب على نقاط ضعف الماء يستخدم مبرد محرك مناسب ونظام تبريد مضغوط. بوجود مانع تجمد مناسب، يمكن السماح بمجال واسع لدرجات الحرارة لمبرد المحرك، مثلًا -34 درجة فهرنهايت (-37 درجة مئوية) حتى +265 درجة فهرنهايت (129 درجة مئوية) عند استخدام محلول مكون من 50% (من الحجم) بروبيلين غليكول محلول في الماء ونظام جريان للمبرد بضغط 15 باوند للإنش المربع.

كان مانع التجمد المستخدم في البداية هوالميثانول (كحول الميثيل). طُور مركب إيثيلين غليكول لأن درجة غليانه الأعلى أنسب لأنظمة التسخين.

استخدامات صناعية أخرى

أكثر المحاليل مانعة التجمد ذات الأساس المائي استخدامًا في تبريد الأجهزة الإلكترونية هي خلائط من الماء وإما إيثيلين غليكول أوبروبيلين غليكول. لاستخدام إيثيلين غليكول تاريخ أطول، وخاصةً في مجال السيارات. ولكن محاليل إيثيلين غليكول المصنوعة لمجال السيارات تمتلك عادةً مانعات صدأ ذات أساس سيليكاتي يمكن حتى تغلف سطوح المبادل الحرارية و/ أوتسد أنابيبه. يصنف إيثيلين غليكول مركبًا كيميائيًّا سامًّا يحتاج العناية عند التعامل معه والتخلص منه.

لإيثيلين غليكول خصائص حرارية مرغوبة، من بينها ازدياد نقطة غليانه، وانخفاض نقطة تجمده، واستقراره على مجال واسع من درجات الحرارة، وارتفاع سعته الحرارية وموصليته الحرارية. يمتلك أيضًا لزوجة منخفضة، وبالتالي تنخفض متطلبات ضخه. مع حتى الخصائص الفيزيائية لإيثيلين غليكول مرغوبة أكثر من نظيرتها في بروبيلين غليكول، إلا حتى الأخير يستخدم في التطبيقات التي يشكل مدى السمية فيها مصدر قلق. يعتبر بروبيلين غليكول بشكل عام آمنًا للاستخدام في الطعام أوتطبيقات معالجة الطعام، ويمكن أيضًا استخدامه في المساحات المغلقة.

تستخدم خلائط مماثلة بشكل رائج في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وفي أنظمة التبريد أوالتسخين الصناعي كوسط مرتفع السعة ناقل للحرارة. للعديد من المركبات موانع تآكل، ويفترض حتى تُجدد هذه المركبات الكيميائية (بشكل يدوي أومؤتمت) لمنع الأنابيب والمعدات غالية الثمن من التآكل.

طالع أيضا

حقن المياه

مصادر

^ دائرة اللوازم العامة الأردنية نسخة محفوظة أربعة سبتمبر 2014 على مسقط واي باك مشين.
^ اليونسكو^{[وصلة مكسورة]}نسخة محفوظة 05 مارس 2016 على مسقط واي باك مشين.
^ Bosen, Sidney F.; Bowles, William A.; Ford, Emory A.; Perlson, Bruce D. (2005), "Antifreezes", موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية, فاينهايم: وايلي-في سي إتش, doi:10.1002/14356007.a03_023 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Prestone Press Release^{[وصلة مكسورة]}نسخة محفوظة 30 أبريل 2020 على مسقط واي باك مشين.
^ Peak Antifreeze chart نسخة محفوظة October 5, 2010, على مسقط واي باك مشين.
^ Fletcher GL, Hew CL, Davies PL (2001). "Antifreeze proteins of teleost fishes". Annual Review of Physiology. 63: 359–90. doi:10.1146/annurev.physiol.63.1.359. PMID 11181960.