ทุกวันนี้บนโลกของเรามีรถมากกว่าพันล้านคัน
ที่รับส่งผู้คนไปที่ที่พวกเขาต้องการไป
แต่รถยนต์ไม่ได้เป็นแค่เพียง การขนส่งรูปแบบหนึ่ง
มันยังเป็นบทเรียนวิชาเคมี ที่รอวันจะถูกถ่ายทอด
กระบวนการสตาร์ทรถยนต์เริ่มจากในกระบอกสูบ
ซึ่งเป็นที่ที่น้ำมันเบนซินจากหัวฉีดน้ำมัน
และอากาศจากวาล์วไอดี
มาผสมกันก่อนจะถูกทำให้ระเบิดด้วยประกายไฟ
ทำให้เกิดก๊าซที่ขยายตัวและดันลูกสูบ
แต่การเผาไหม้ คือกระบวนการคายความร้อน ที่ปลดปล่อยความร้อนออกมา
เยอะมาก ๆ เลยด้วย
ขณะที่ความร้อนส่วนมากหนีออกไปทางท่อไอเสีย
ความร้อนที่ยังหลงเหลืออยู่ในเสื้อสูบ ต้องถูกดูดซับ ถ่ายเท และ กำจัดทิ้ง
เพื่อปกป้องส่วนประกอบโลหะ จากการเปลี่ยนรูปหรือแม้กระทั่งละลาย
ระบบระบายความร้อนจึงเข้ามามีบทบาท
ของเหลวจะไหลผ่านเข้าออกเครื่องยนต์
แต่ของเหลวไหนล่ะที่จะดูดความร้อนทั้งหมดนั่น
น้ำดูเหมือนเป็นตัวเลือกแรก ๆ
อย่างไรก็ดี ค่าความจุความร้อนจำเพาะของมัน
ซึ่งคือปริมาณความร้อนที่ใช้เพิ่มอุณหภูมิ
ของปริมาณสารขึ้นไปหนึ่งองศาเซลเซียส
สูงกว่าสารอื่นทั่ว ๆ ไป
และพวกเราก็มีความร้อนมากมายที่ต้องดูดซับ
แต่การเลือกใช้น้ำอาจทำให้เราเจอปัญหาหนัก
อย่างแรก จุดเยือกแข็งของน้ำ อยู่ที่ศูนย์องศาเซลเซียส
เนื่องจากน้ำจะขยายตัวออกเมื่อมันแข็ง
คืนฤดูหนาวอาจทำให้ หม้อน้ำแตกและเสื้อสูบเสียหาย
ซึ่งเป็นอะไรที่น่ากลัวไม่น้อย
และลองมาดูกันว่าเครื่องยนต์ร้อนมากแค่ไหน
จุดเดือดที่ต่ำ เพียงแค่ 100 องศาเซลเซียส
สามารถทำให้พวกเราโดนนึ่งได้เลย
เพราะฉะนั้นเราเลือกใช้สารละลายแทนน้ำ
สารผสมเนื้อเดียวที่ประกอบด้วย ตัวทำละลายและตัวถูกละลาย
คุณสมบัติบางส่วนของสารละลายจะเปลี่ยนไป ขึ้นอยู่กับสัดส่วนของตัวถูกละลาย
มันถูกเรียกว่า "คุณสมบัติโคลิเกทีฟ" โชคดีที่มันประกอบไปด้วย
การลดลงของจุดเยือกแข็ง และการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด
ฉะนั้น สารละลายนั้นจะมีจุดเยือกแข็งที่ต่ำกว่า และจุดเดือดที่สูงกว่าของตัวทำละลายบริสุทธิ์
และยิ่งมีตัวละลายมากเท่าไหร่ ความแตกต่างก็มากตามไปด้วย
ทำไมคุณสมบัติเหล่านี้ถึงเปลี่ยนล่ะ
อย่างแรก พวกเราต้องเข้าใจก่อนว่า "อุณหภูมิ" คือ มาตรการวัด
พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาค
ยิ่งของเหลวเย็นเท่าไหร่ พลังงานก็จะน้อยลงไปเท่านั้น
และโมเลกุลก็จะเคลิ่อนที่ช้าลงไปด้วย
เมื่อของเหลวแข็งตัว โมเลกุลต่าง ๆ จะเคลื่อนที่ช้าลง
ช้าพอที่จะทำให้แรงดึงดูดของพวกมัน ดึงดูดกันและกัน
ซึ่งจัดวางให้อยู่ในโครงสร้างผลึก
แต่อนุภาคของตัวถูกละลายมาขวางแรงดึงดูดที่ว่า
สารละลายต้องถูกทำให้เย็นกว่านี้ ก่อนที่การจัดวางผลึกจะเกิดขึ้นได้
สำหรับจุดเดือด เมื่อของเหลวเดือด
มันทำให้เกิดฟองที่เต็มไปด้วยไอ
แต่ถ้าจะทำให้ฟองเกิดได้ ความดันไอต้องสูงพอ
เทียบเท่ากับบรรยากาศ ที่กดลงบนพื้นผิวของของเหลวตลอดเวลา
เมื่อของเหลวถูกทำให้ร้อน ความดันไอจะเพิ่ม
และเมื่อมันเท่ากับความดันบรรยากาศ
ฟองและการเดือดก็จะเกิดขึ้น
ความดันไอของสารละลายนั้น ต่ำกว่าของตัวทำละลายบริสุทธิ์
ฉะนั้น มันต้องถูกให้ความร้อน จนมีอุณหภูมิที่สูงกว่านั้น
ก่อนที่จะเทียบเท่ากับความดันบรรยากาศ
ยิ่งไปกว่านั้น ความดันในหม้อน้ำนั้น
ถูกทำให้สูงยิ่งกว่าความดันบรรยากาศ
ซึ่งทำให้จุดเดือดเพิ่มไปอีก 25 องศาเซลเซียส
สารละลายที่มักถูกใช้ ในระบบระบายความร้อนรถยนต์
คือสารละลายที่ประกอบด้วยเอทิลีนไกลคอล และน้ำในอัตราส่วนครึ่งต่อครึ่ง
ซึ่งแข็งตัวที่อุณหภูมิ -37 องศาเซลเซียส และเดือดที่ 106 องศาเซลเซียส
ที่อัตราส่วนแนะนำที่ 70 ต่อ 30
จุดเยือกแข็งก็ยิ่งต่ำลงเป็น -55 องศาเซลเซียส
และจุดเดือดสูงขึ้นไปเป็น 113 องศาเซลเซียส
อย่างที่เห็น ยิ่งใส่เอทิลีนไกลคอลมากเท่าไร
ก็ยิ่งได้การปกป้องที่มากเท่านั้น ฉะนั้น ทำไมไม่ใส่ให้เยอะกว่านี้ล่ะ
จริง ๆ แล้วเราไม่สามารถมีของดี ๆ มากเกินไปได้
เพราะที่อัตราส่วนที่สูงกว่า
จุดเดือดจะค่อย ๆ กลับขึ้นมา
คุณสมบัติของสารละลายจะเคลื่อนไปยัง คุณสมบัติเอทิลีนไกลคอล
ที่แข็งตัวที่ -12.9 องศาเซลเซียส
ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิที่เราได้จากสารละลาย
สารละลายไหลผ่านเครื่องยนต์ ระหว่างนั้นก็ดูดซับความร้อนไปด้วย
เมื่อมันไปถึงหม้อน้ำ มันจะถูกทำให้เย็นลงด้วยพัดลม
เช่นเดียวกันกับลมที่วิ่งมาชนด้านหน้าของรถยนต์
ก่อนที่มันจะกลับไปยังเครื่องยนต์ที่ร้อนอีกครั้ง
ฉะนั้นสารหล่อเย็นที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัย
ต้องมีความจุดความร้อนที่สูง จุดเยือกแข็งต่ำ และจุดเดือดสูง
แต่ก่อนที่เราจะพลิกโลกเพื่อหาของเหลว เพียงหนึ่งเดียวสำหรับแก้ปัญหานี่
เราสามารถหาทางออกของพวกเราเองได้