О жизни современника Баха, Генделя и Вивальди, умершего раньше их всех, – Джованни Перголези; краткой жизни, оборвавшейся на двадцать шестом году, прошедшей в бедности и лишениях, мало что известно. Его творчество окружено легендами. Например, есть славная история про то, как один из посетителей композитора удивлялся, что он, волшебник звуков, ютится в убогом деревянном домишке и не построит себе нового жилища.
Какое это счастье – закрыть глаза и слушать старинную музыку Баха, Генделя, Шуберта, Моцарта… В час сердечной неустроенности, волнения, самое лучшее средство восстановить утерянное равновесие души – поставить пластинку со звучащей поэзией дождя, ветра, чувств, поэзией Духа, воплощённой в нотах.
Холодной зимой 1741 года в Вене, близ церкви св. Стефана, часто можно было встретить одинокого старика в ветхой поношенной одежде. Длинные седые волосы его сильно спутались, висели грязными лохмотьями. В руках толстая суковатая палка. Старик с жадностью смотрел на витрины лавок, двери кафе. Он был голоден, но никогда не просил и не собирался просить милостыню. На что он жил, где ютился, никто не знал. Часто останавливался он у ворот императорского дворца, пока его не прогоняла стража… Летом старик умер.
Взмах руки дирижёра – и полились незабвенные звуки оратории Джованни Перголези «Stabat Mater», одного из самых выдающихся произведений в истории музыкального искусства. Слушаю его – и размышляю о жизни современника Баха, Генделя и Вивальди, умершего раньше их всех, – Джованни Перголези; краткой жизни, оборвавшейся на двадцать шестом году, прошедшей в бедности и лишениях... Как же сумел совсем ещё молодой человек написать сочинение, полное необыкновенной красоты и глубины?
О композиторе мало что известно, его творчество окружено легендами. На слуху славная история про то, как один из посетителей композитора удивлялся, что он, волшебник звуков, ютится в убогом деревянном домишке и не построит себе нового жилища.
Перголези пояснял:
– Видите ли, звуки, из которых создаётся моя музыка, дешевле и доступнее, чем камни, необходимые для возведения дома. И потом – кто знает – может, мои строения окажутся долговечнее? – Он не лукавил, своим небогатым существованием не в пример дражайшему блеску творчества солгать просто не успев.
Что говорить, бытие музыкантов во все времена отнюдь не лёгкое дело, усыпанное то розами, то жертвенными осколками былой славы, признание многие получают уж после смерти, если получают его вовсе.
А ведь и Баху жена выговаривала, что денег, мол, скоро не будет хватать не только на похлёбку, но и на хлеб насущный! Иоганн Себастьян только разводил руками: «Дорогая моя, всему виной здоровый воздух Лейпцига, оттого и покойников маловато (в 1723 г. Бах работал кантором церковного хора при школе св. Фомы), и мне, живому, жить не на что…» Антонио Вивальди знавал разные времена – побывал на вершине славы и благополучия, – а умер нищим и голодным в Вене. (См. )
Гендель также не раз был обманут: однажды один ловкий коммерсант в течение нескольких дней распродал изданную им в Лондоне оперу «Ринальдо», заработав большую прибыль, из которой Гендель получил жалкие гроши, что не хватило бы и на неделю.
– Послушайте, – горько спровадил коммерсанта Гендель, когда считал свои деньги, – чтобы между нами не было обиженных, в следующий раз вы напишете оперу, а я её издам!
Перголези не был одинок в горькой своей музыкантской неустроенности, хотя и не успел, к сожалению, познакомиться со знаменитыми современниками.
…Звучит «Stabat Mater». Удивляешься мелодичности музыки, её проникновенности, ощутимой глубине раскаяния. Она льётся непрерывным гармоничным потоком и заставляет уноситься душой в неведомые дали...
Мать Скорбящая стояла
И в слезах на крест взирала,
На котором Сын страдал.
Сердце, полное волненья,
Воздыханий и томленья
Меч в груди её пронзал.
Родился Перголези в Италии, в эпоху перехода от барокко к классицизму, и за свою очень короткую жизнь успел стать выразителем новых музыкальных идей, обогатил арсенал оперной драматургии новыми интонациями, формами, сценическими приёмами. Его жизнь была подобна вспышке яркой звезды. Псевдоним (его настоящая фамилия – Драги) выбрал себе на средневековый манер и назывался скромно – Джованни из Ези, то есть Перголези.
Стал автором множества месс (в том числе самой известной десятиголосной), изумительных кантат («Miserere», «Magnificat», «Salve Regina»), симфоний, инструментальных концертов, 33-х трио для скрипок и баса. Ему удалось удивительно гармонично соединить духовные и светские музыкальные традиции в единое целое. На его счету десять опер-сериа, так называемых «серьёзных опер», написанных на мифологические, исторические темы (войны римлян с персами, подвиги античных героев, восхваление победителей олимпиад). Эти оперы шли долгими часами, были довольно-таки утомительны, и в антрактах зрителей развлекали интермедии – небольшие комические музыкальные сценки. Зрители были в восторге от них, и Перголези решил несколько интермедий объединить в одну комическую оперу – оперу-buffa, характер которой впоследствии так полюбил и перенял Моцарт, сам будучи неуёмным шутником, что великолепно проявилось в «Свадьбе Фигаро».
В 1917-м году Марсель Дюшан создает «Фонтан», а Стравинский в 1918-м пишет «Историю солдата», а в 1920-м «Пульчинеллу», в которой в качестве objet trouvé выступает музыка Перголези (?). На найденный объект накладывается исторически чуждый ему синтаксис.
Так вышла в свет опера «Служанка-госпожа» («Serva Padrona», 1732 г.) на либретто Дж. Федерико. Сюжет её незамысловат: служанка Серпина ловко обводит вокруг пальца своего хозяина – старого ворчуна Уберто, заставляет его жениться на себе и становится всевластной госпожой в доме. Музыка оперы шаловлива и грациозна, наполнена бытовыми интонациями, мелодична. «Служанка-госпожа» пользовалась огромным успехом, принесла славу композитору, а во Франции вызвала даже нешуточную войну между сторонниками комической оперы (Дидро, Руссо) и приверженцами (Люлли, Рамо) традиционной пышной музыкальной трагедии (так называемая «война буффонов»). Руссо потешался: «Везде, где приятное заменяют полезным, приятное почти всегда на этом выигрывает».
Хотя по приказу короля «буффоны» были вскоре изгнаны из Парижа, страсти ещё долго не утихали. В атмосфере споров о путях обновления музыкального театра, вслед за итальянской, возник вскоре жанр французской комической оперы, где место легендарных мифологических героев заняли буржуа, купцы, слуги и крестьяне. Одна из первых – «Деревенский колдун» выдающегося мыслителя, философа и музыканта Жан Жака Руссо – составила достойную конкуренцию «Служанке-госпоже». Не случайно Руссо, обращаясь к начинающим музыкантам, тонко, с юмором подмечал: «Избегайте современной музыки, изучайте Перголези!»
В 1735 году композитор получил неожиданный заказ – написать ораторию на текст поэмы средневекового монаха-францисканца Якопоне да Тоди «Стабат Матер» («Мать скорбящая стояла»); тема её – жалобы, плач Девы Марии, матери казнённого Христа (1 часть), и страстная мольба грешника о даровании ему рая после смерти – во 2-й части.
Композитор с увлечением начал работу. Существует легенда: Перголези боготворил одну девушку-неаполитанку, но её знатные родители не дали согласия на брак; несостоявшаяся невеста, в отчаянии, с головой бросилась, метнулась в монашество, покинув ненавистную мирскую суету, и… скоропостижно умерла. У Перголези сохранилось изображение мадонны, разительно схожей с его возлюбленной. Портрет и трагическая память о невесте, потерянном счастье вдохновляли композитора при сочинении непревзойдённой музыки.
Перголези и не ведал тогда об удивительной метаморфозе, необъяснимой коллизии пресечения судеб: автор поэтического первоисточника «Stabat Mater dolorosa» – канонического средневекового духовного гимна – Якопоне да Тоди (1230 – 1306) также, как в будущем и композитор, пережил внезапную смерть обожаемой, любимой девушки, после чего ушёл в монастырь и, служа монахом Францисканского ордена, создал свой бессмертный гимн. Так и Перголези под конец жизни обратился к духовному творчеству, последние такты гениального творения дописывая в монастыре капуцинов, погружённый в горестные воспоминания о безвозвратно утерянной любви.
Хотя, в соответствии с традициями средневековья, монах-поэт не столько сочинил, сколько скомпоновал текст из более ранних образцов, поэтому авторство поэмы приписывают также св. Бернару Клеровскому (1090 – 1153) и Папе Иннокентию III (ок. 1160 – 1216).
…Льются звуки фа-минорной оратории «Стабат Матер». Сколько в них страдания, муки, боли! Рыдающее «анданте» сменяется изумительным «ларго», затем словно стенающим «аллегро»…
Мать, любви источник вечный,
Дай из глубины сердечной
Слёзы мне делить с Тобой,
Дай и мне огня, так много
Возлюбить Христа и Бога,
Чтоб доволен был Он мной.
В едином творческом порыве закончил Перголези своё произведение, оно было исполнено и… вызвало неудовольствие отцов церкви. Одна влиятельная духовная особа, прослушав «Stabat Mater», возмутилась:
– Что вы написали? Разве в церкви уместен этот балаган? Непременно переделайте.
Перголези рассмеялся и не исправил ни строчки в оратории.
Монах-музыкант падре Мартини сетовал, что автор оратории использовал пассажи, «которые скорее могли быть употреблены в какой-нибудь комической опере, чем в песне скорби». – О чём он говорил? Трудно даже представить каноны воспитания, восприятия и поведения, если имелся такой отзыв о крайне строгой во всех отношениях музыке Перголези. Впрочем, сходные упрёки преследовали всех великих авторов духовных сочинений – от Баха до Верди. Но уж если быть точным, то критика, возможно, относилась к мажорной части в быстром темпе «Inflamatus» (11ч.), что было крайне смелым шагом – Перголези первым ввёл подобные нюансы в сочинение того времени.
Про композитора поползли мрачные слухи, что и талант свой он получил «нечистым путём», запродав душу дьяволу…
К исходу жизни Перголези перебрался в городок Поццуоли, близ Неаполя; любил посещать небольшую остерию, где можно неспешно перекусить, выпить бокал кьянти. Однажды, перед его появлением, явился монах и передал трактирщику бутылку со словами:
– Для господина музыканта.
Пришёл Перголези. Хозяин сказал ему:
– Один незнакомый монах оставил для вас, господин, бутылку вина.
– Давай разопьём её вместе, – обрадовался Джованни.
– Вот вам бутылка. Но она из моего погреба, её и разопьём. А ту, что подарил священник, я выбросил.
– Почему? – удивился музыкант.
– Мне кажется, вино отравлено, – прошептал милостивый хозяин.
Через несколько дней Перголези не стало. Неизвестна точная причина его гибели: либо он всё-таки был отравлен наёмными убийцами, либо погиб на дуэли, или умер от чахотки, будучи с детства нервным и болезным, кто знает... Это случилось почти 300 лет назад.
…Невозможно равнодушно внимать «Stabat Mater» Перголези! Это исповедь измученной души, это крик истерзанного сердца! Слушаю заключительные звуки оратории: скорбное «ларго» (десятая часть), словно высветленное материнской слезой «аллегро» (одиннадцатая), и трагичная двенадцатая часть с финальной «амен» («Воистину!»)…
Крест мою пусть силу множит,
Смерть Христа мне да поможет
Ревностью безбедному,
Как остынет в смерти тело,
Чтоб душа моя взлетела
К раю заповедному.
(Перевод А. Фета)
Не зря французский писатель 2-й половины XVIII века Мармонтель утверждал, что после того как французы постигли тайную силу музыки Перголези, сама французская вокальная музыка с тех пор начала «нам казаться бездушной, невыразительной и бескрасочной». – Ритмические эффекты, градации светотени, понимание рисунка и слияния сопровождения с мелодией, построение музыкального периода в формальной конструкции арий – композиторское мастерство молодого таланта было поистине высочайшим!
Поэма монаха Тоди вдохновляла ещё многих композиторов: известны «Стабат Матер» мастеров Возрождения Палестрины и Депре; XVIII века – Скарлатти, Боккерини, Гайдна; XIX века – Листа, Шуберта, Россини, Верди, Дворжака, Гуно, русских Серова и Львова; XX века – Шимановского и Пендерецкого… Это великие, великолепные произведения. И всё же сочинение Джованни Баттиста Перголези, не подвластное времени, не теряется в этом ряду и, не кривя душой можно сказать, что кантата, обессмертившая автора, получила самую что ни на есть большую, всемирную известность среди упомянутых гениальных людей.
«В его музыке, – писал о Перголези Б. Асафьев, – наряду с пленительно любовной ласковостью и лирической опьянённостью звучат страницы, пронизанные здоровым, сильным чувством жизни и соками земли, и рядом с ними блестят эпизоды, в которых задор, лукавство, юмор и неудержимая беспечная весёлость царят легко и свободно, как в дни карнавалов». – Согласен с бытующим мнением, что Джованни Баттиста Перголези является ярким примером человека, родившегося не в своё время, поэтому и не суждено было ему задержаться на этой земле. Будучи представителем стиля барокко, он по своему творческому и психологическому темпераменту принадлежал скорее эпохе романтизма. «Ошибка в 200 лет? – скажете вы, – это отнюдь не мало». – Но Судьбу, как Историю, увы, не переделать.
Музыка «Stabat Mater» Перголези не траурная, напротив, очень светлая! Мотив любви и безграничной человеческой преданности объединяет авторов поэтической и музыкальной «Stabat Mater». Здесь нет места трагедии погребения, успения и упокоения. Это возвышенная печаль и память о прекрасных юных созданиях, безвременно покинувших бренный мир – слёзы очищения, света, добра и смирения. Хочется закончить очерк о бессмертном творении великого музыканта, композитора Джованни Перголези искромётными словами Пушкина, раз уж начали мы с него же: «Какая глубина! Какая смелость и какая стройность!» (1710 – 1736)
Начнем с азов
Октановое число - важный показатель качества бензина, характеризующий его антидетонационную стойкость. Детонация - это самопроизвольное, не зависящее от искры на свече зажигания, воспламенение рабочей смеси в цилиндре под воздействием температуры и давления, сопровождающееся ненормально быстрым ее сгоранием. Незначительная и краткая по времени детонация, возникающая, как правило, при резком увеличении нагрузки, особой угрозы не представляет, хоть и проявляется неприятными для слуха стуками и характерным «цоканьем», которое автомобилисты со стажем называют «звоном пальцев».
Под большой нагрузкой детонация может быть сильнее и разрушительнее. Возникающие при этом стуки могут быть «замаскированы» общим шумом двигателя. Длительная детонация чрезвычайно опасна. Она способна в считанные часы (а то и минуты) разрушить двигатель.
В погоне за дополнительной мощностью моторостроители на протяжении всего прошлого века шли самым простым путем - повышали степень сжатия (т. е. соотношение объемов цилиндра при нахождении поршня в нижней и верхней мертвых точках). Более высокое давление сжатой рабочей смеси провоцировало детонацию. Требовался бензин с все большим октановым числом. Если в тридцатые годы прошлого века величайшим достижением считали бензин с октановым числом 76, то теперь не удивляет и 100.
Октановое число топлива определяется на специальном одноцилиндровом двигателе путем сравнения со смесью изооктана (изомера октана 2, 2, 4-триметилпептана) и η-гептана. Октановое число бензина, равное, например, 92, означает, что его детонационная стойкость соответствует стойкости смеси из 92 частей изооктана и 8 - η-гептана. Хотя оба вещества и входят обычно в состав бензина, октановое число не означает, что бензин состоит только из них. Это куда более сложный «коктейль», точный рецепт которого зачастую не знают даже сами его производители. Когда американец Рассел Маркер из корпорации Ethyl разрабатывал в 1926 году методику определения октанового числа, он выбрал η-гептан в качестве нулевого эталона только по одной причине: конкретный изомер углеводородного соединения высокой чистоты из нефти не получить, а η-гептан можно произвести из сосновой смолы.
Если с октановым числом в принципе все понятно, начнем все запутывать. Октановые числа (а их как минимум два) - не единственные единицы измерения антидетонационной стойкости. Даже на одном и том же моторном стенде с помощью двух разных методик определяются два показателя.
Исследовательский метод ASTM дает нам, соответственно, исследовательское октановое число или, правильнее, октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ). Помните буковку «и» в маркировке наших старых бензинов?
В ходе испытания одноцилиндровый двигатель с принудительно изменяемой степенью сжатия работает в контролируемых условиях с минимальной нагрузкой.
Для определения октанового числа по моторному методу (МОЧ) подаваемая в тот же двигатель рабочая смесь предварительно подогревается, обороты коленвала увеличиваются, меняются регулировки момента опережения зажигания. Таким образом, бензин подвергается более жесткому и близкому к реальной эксплуатации испытанию. Обычно ИОЧ топлива на 8–10 единиц больше его МОЧ. Это соотношение стоит запомнить, оно может пригодиться для практических расчетов.
Общего, стандартного способа обозначения детонационной стойкости бензина в мире не существует. В Европе и Австралии используют исследовательский метод. У нас в стране до недавнего времени ходили оба, о чем свидетельствовала упомянутая буква «и» (или ее отсутствие -
свидетельство использования моторного метода). В Новой Зеландии, соседке Австралии, больше оперируют МОЧ. Даже исследование проводили о снижении его минимума с 82 до 81 единицы. А вот Северная Америка идет своим путем. Там используют совсем другие названия, к счастью, обозначающие один и тот же параметр. В ходу здесь антидетонационный коэффициент AKI - Anti-Knock Index, дорожное октановое число RdON - Road Octane Number (не путать с RON - Research ON - 0Ч по исследовательскому методу), насосное октановое число PON - Pump Octane Number или просто (R+M)/2. Последнее обозначение объясняет суть всех предыдущих. В США и Канаде указывается среднее арифметическое окатновых чисел, полученных по двум разным методикам, то есть
AKI=ИОЧ+МОЧ/2. AKI на 4–5 единиц меньше, чем ИОЧ
(RON). Эти цифры тоже могут пригодиться.
Маленькая экскурсия
Если все вышеупомянутое вам понятно, придется усложнить ситуацию. Очень часто продавцы топлива вместо октанового числа указывают сорт бензина. При этом в разных странах за одними и теми же словами скрываются разные цифры. Более того, единообразия нет даже в отдельных штатах, образующих США.
Начнем от родной печки. У нас бензин А-92 уже подается как Regular, А-95 как Premium и А-98 - как Super. Еще не исчез А-76, замаскированный под А-80, но скорый запрет оставил «старичка» без названия.Данные по некоторым другим странам приведены в сводной таблице. Сразу ее прокомментируем.
Горные штаты США ничем не отличаются от других горных районов мира. Высота над уровнем моря здесь больше, воздух разреженнее. Как ни старайся, без наддува давление в цилиндре как в начале такта сжатия, так и в его конце будет ниже, чем на равнине. Следовательно, и бензин здесь может обладать пониженной стойкостью к детонации. Помните об этом, собираясь надолго спуститься с гор. Чуть пониженные требования к ОЧ в Калифорнии объясняются просто: надо подтолкнуть жителей самого богатого штата к покупке имеющегося в избытке «сотого». Ferrari и Porsche скажут «спасибо». И нефтетрейдеры тоже. В ряде стран Европы 95-й уже давно считается «стандартным» или «регулярным». Хуже не делают.
Зато в некоторых странах третьего мира с Regular и Standard возможны осложнения: они могут быть схожи с нашим А-76 (80). Приведенные здесь сведения помимо познавательного имеют и прикладное значение. Зная страну происхождения купленной иномарки, ее владелец сможет определить, каким бензином надо потчевать свою стальную лошадку. Ведь абсолютное большинство машин, кроме спортивных, представительских и тюнинговых, как правило, довольствуется сортом Regular/Standard без указания в мануале реального октанового числа. Полезны эти цифры и сервисменам, как помогающие определить, каким путем устранять, например, «тупость» машины. Просто перейти на бензин с большим О4 или менять дорогостоящий блок управления двигателем. К месту, специально для механиков, отметим, что сильной детонацией (и от сильной детонации) больше страдают карбюраторные двигатели. На впрысковых обычно имеется датчик детонации в виде миниатюрного пьезоэлектрического микрофона, по сигналу которого электронные мозги делают зажигание более поздним, снижая детонацию. Двигатель страдает меньше, больше страдает владелец машины. Из-за ухудшившейся динамики и роста расходов на топливо.
Вернемся к теме
Как вся эта путаница связана с машиной нашего коллеги? Его Mitsubishi прибыл к нам из Штатов. Обращаемся к таблице. И как «японка», и как «американка» машина должна радоваться нашему 92-му. И переход на 95-й ни динамики, ни экономичности ей не добавит.
Наиболее вероятно, что наш коллега неосознанно выдавал желаемое за действительное. Ему стоит установить бортовой компьютер или хотя бы позаправляться под пробку на одной и той же колонке недельку-другую, регулярно записывая данные расхода и пробега. Затем повторить замеры на другом сорте топлива. Правда, с учетом городских пробок результат все равно получится очень приблизительным.
Если экономия все-таки подтвердится, возможно несколько вариантов ее возникновения.
Первый и самый простой. Определенная часть машин в силу суммирования допусков и иных технологических причин имеет характеристики, отличающиеся от паспортных. И это надо принять как данность.
Второе, менее оптимистическое. За годы эксплуатации в камере сгорания скопился нагар и другие отложения, ее объем уменьшился, а степень сжатия, соответственно, возросла. Что и «приспособило» двигатель под бензин с более высоким октановым числом. Лечится регулярным добавлением противонагарных присадок в бензин плюс длительной ездой на высокой скорости. Альтернативой присадке могло бы стать использование «чистящего» бензина Shell V-Power, но за отсутствие лишних хлопот придется расплачиваться. Если «химия» не поможет, то остается «механика». Впрочем, без более веских причин двигатель лучше не разбирать. Если «химия» поможет, скорее всего, двигатель придется подрегулировать.
Третье, самое сложное. Глючит система управления двигателем, зажигание, система рециркуляции отработавших газов. Замена блока управления - дело несложное, но очень дорогое. Стоит проконсультироваться у хорошего диагноста, если такого удастся найти. Как и специалиста по каталитическим нейтрализаторам.
Еще чуть-чуть теории
Многочисленные исследования в разных странах мира подтверждают, что переход на бензин с более высоким октановым числом при постоянной степени сжатия не дает никаких преимуществ, а только повышает расходы на топливо. Теплотворная способность, а значит, и запасенная энергия у разных сортов топлива примерно одинакова. Высокооктановый бензин выделяет столько же энергии, как и стандартный, но горит медленнее. В результате не успевшее сгореть топливо может быть выброшено в глушитель (смерть катализатору) и далее в атмосферу (смерть живому).
Более того, как утверждает сайт Gas Bank USA, производители автомобилей (BMW, Porsche, Mercedes-Benz и др.), даже рекомендуя высокооктановый бензин, допускают применение стандартного без угрозы для двигателя, но с некоторым ухудшением параметров автомобиля.
О том, каково это ухудшение, можно судить по данным, опубликованным Hyundai Motor. На бензине Premium 4,6-литровый двигатель V8 седана Genesis выдает максимальную мощность 375 л. с., а на стандартном (AKI-87) - 386, т. е. менее чем на 2% меньше.
В американском руководстве по эксплуатации Smart Fortwo приведено то же предупреждение, что и для автомобилей Mercedes: «Для обеспечения долгой надежной работы и высоких характеристик двигателя следует использовать бензин сорта Premium Unleaded». А в нижней строке: «Бензин Regular не причинит вреда вашему автомобилю».
Мы не призываем переходить на низкооктановый бензин. Но если ваш автомобиль под него и «заточен», есть ли смысл платить лишние деньги? При одинаковом химическом составе, равной энергоемкости и не зависящем от октанового числа использовании/неиспользовании присадок единственное отличие между сортами бензина - размер прибыли, получаемой продавцом топлива.
Полезные формулы
Определяя, какой бензин нужен вашей машине, полезно знать, что:
AKI = RON+MON/2;
RON - MON ≈ 8–10;
RON - AKI ≈ 4–5;
AKI 87usa= RON 92eu;
AKI 90 ≈ RON 95;
где:
AKI - Anti-Knock Index - антидетонационный коэффициент (США);
RON - Research Octane Number - октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ);
MON - Motor Oil Number - октановое число по моторному методу (МОЧ).
ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО –мера детонационной стойкости бензина и моторных масел.
Во всем мире производится и потребляется огромное количество бензина – как автомобильное топливо. Чтобы бензин сгорал в цилиндрах автомобиля «правильно», он должен обладать рядом свойств. Одно из важнейших – октановое число. Именно оно написано на всех бензозаправках, и от него зависит качество и цена бензина. Когда из выхлопной трубы валит черный дым, а двигатель издает резкие звуки, это означает, что бензин в цилиндрах вместо сгорания с положенной ему скоростью 15–60 м/с начинает взрываться – детонировать со скоростью 2000–2500 м/с (см . ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА). Детонационная волна многократно отражается от стенок цилиндра, создавая неприятный звук, резко снижая мощность двигателя и ускоряя его износ.
Причина детонации – выделение энергии при повышенном образовании гидропероксидов ROOH в парах бензина при их окислении кислородом воздуха (см . ПЕРОКСИДЫ). Если концентрация гидропероксидов превысит некоторый предел, произойдет их взрывной распад. Взрыв пероксидов протекает по механизму разветвленно-цепных реакций (см . ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ). Для повышения детонационной стойкости есть два пути. Первый – повысить в составе бензина долю разветвленных и ароматических соединений. Второй – ввести в топливо небольшие количества специальных добавок. Обычно используют оба пути.
Чтобы определить антидетонационные свойства полученной смеси, в 1930-х была предложена специальная шкала, в соответствии с которой стойкость данного бензина к детонации сравнивается со стойкостью стандартных смесей. В качестве стандартов были выбраны два вещества: гептан нормального строения и один из изомеров октана – 2,2,4,-триметилпентан (его называют «изооктаном»). Смесь паров гептана с воздухом при сильном сжатии легко детонирует, поэтому качество гептана как топлива считается нулевым. Изооктан, будучи разветвленным углеводородом, устойчив к детонации, и его качество принимают равным 100. Октановое число определяют так. Готовят смесь из нормального гептана и изооктана, которая по своим характеристикам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание изооктана в этой смеси и есть октановое число бензина. Существуют горючие жидкости с более высокими антидетонационными характеристиками, чем изооктан. Добавки таких жидкостей позволяют получить бензин с октановым числом более 100. Для оценки октанового числа выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца Pb(C 2 H 5) 4 . Известно, что это вещество уже в очень малых концентрациях значительно повышает октановое число бензина. Зная, сколько тетраэтилсвинца надо добавить в бензин, чтобы повысить его октановое число на одну единицу, несложно приготовить из изооктана стандартные смеси с октановым числом 101, 102 и т.д.
Октановое число определяют разными способами. Для автомобильных бензинов применяют два метода – моторный и исследовательский. В первом случае моделируют работу двигателя в условиях больших нагрузок (движение по шоссе с высокой скоростью), во втором – в городских условиях (скорость движения невелика и происходят частые остановки). Буква «И» в марке бензина АИ-93 как раз и означает, что октановое число этого бензина получено исследовательским методом. А если указано, что октановое число бензина равно просто 76, то это означает, что оно получено моторным методом.
Роль строения углеводорода наглядно видна из таблицы, в которой приведены октановые числа некоторых чистых химических соединений, полученные моторным методом:
Видно, что повышению октанового числа способствуют разветвление цепи, введение двойной связи и появление ароматического кольца. Например, если в результате изомеризации нормального гексана (процесс идет в присутствии катализатора) получить смесь разветвленных изомеров этого углеводорода:
н -C 6 H 14 ® (CH 3) 2 CHCH(CH 3) 2 + (CH 3) 2 CHCH 2 CH 2 CH 3 + CH 3 CH(C 2 H 5) 2 , то октановое октановое число смеси повысится сразу на 20 единиц.
Бензин, получаемый из нефти простой перегонкой (такой бензин называется прямогонным), имеет низкое октановое число – в пределах 41–56, поэтому сейчас такой бензин не используется. Для повышения октанового числа используют более современные методы переработки нефти (термический и каталитический крекинг, риформинг). Термический крекинг (от английского cracking – расщепление) производят нагреванием нефти до 450–550 о С под давлением в несколько атмосфер. При этом молекулы тяжелых углеводородов, которых много в сырой нефти, расщепляются до более коротких, среди которых много непредельных. Первую в мире установку по крекингу жидкой нефти запатентовали российские инженеры В.Г.Шухов и С.Гаврилов (модель этой установки, сделанная по подлинному чертежу патента, полученного Шуховым в 1891, находится в Политехническом музее в Москве). У бензина термического крекинга октановое число повышается до 65–70. В ходе каталитического крекинга процесс ведут в присутствии алюмосиликатного катализатора. У бензина каталитического крекинга октановое число повышается до 75–81. Риформинг (от английского reform – преобразовывать, улучшать) проводят в присутствии катализаторов, способствующих ароматизации насыщенных углеводородов и повышающих долю ароматических углеводородов с 10 до 60%. Раньше в качестве катализаторов применяли оксиды молибдена и алюминия, сейчас используют катализаторы, содержащие платину (поэтому такой процесс называют платформингом). У бензина, получаемого путем каталитического риформинга, октановое число еще выше и равно 77–86.
Для повышения октанового числа в бензин вводят также так называемые высокооктановые компоненты. К ним относятся ароматические углеводороды с короткой разветвленной боковой цепью, например, кумол С 6 Н 5 СН(СН 3) 2 . Другая добавка – так называемый алкилат (алкилбензин), смесь насыщенных углеводородов изостроения, получаемая алкилированием изобутана непредельными углеводородами – алкенами, в основном бутиленами. В результате образуется смесь изооктанов:
СН 3 СН(СН 3) 2 + СН 3 СН=СНСН 3 ® СН 3 С(СН 3) 2 СН(СН 3)СН 2 СН 3 (2,2,3-триметилпентан); СН 3 СН(СН 3) 2 + (СН 3) 2 С=СН 2 ® СН 3 С(СН 3) 2 СН 2 СН(СН 3) 2 (2,2,4-триметилпентан). Алкилат имеет октановое число не менее 90–91,5. Очень эффективно введение в бензин добавки метил-трет -бутилового эфира СН 3 –О–С(СН 3) 3 – нетоксичной жидкости с октановым числом 117; в бензин можно добавлять до 11% этого вещества без снижения его эксплуатационных характеристик. Таким образом, современный автомобильный бензин – это сложная смесь углеводородов, полученных в различных процессах переработки нефти, и специальных добавок.
Чтобы повысить октановое число бензина, широко используют и второй метод: добавляют в него специальные вещества – антидетонаторы. Самым первым из них был сравнительно недорогой и очень эффективный тетраэтилсвинец – бесцветная токсичная жидкость. При высокой температуре в молекулах этого соединения легко рвутся связи Pb–C, с образованием этильных радикалов (см . СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ):
Pb(C 2 H 5) 4 = Pb + 4C 2 H 5 . Атомы свинца легко окисляются кислородом до оксидов свинца (в зависимости от температуры образуются смеси PbO и PbO 2), а диоксид эффективно разрушает гидропероксиды с образованием малоактивных соединений – альдегидов, спиртов и др., например: 2RCH 2 COOH + 2PbO 2 ® 2RCHO + 2PbO + O 2 . Чтобы образовавшиеся при сгорании тетраэтилсвинца оксиды свинца не отлагались на внутренних деталях двигателя, в бензин одновременно вводят специальный «выноситель» свинца (0,3–0,4%), обычно это этилбромид C 2 H 5 Br и дибромпропан C 3 H 6 Br 2 . Тогда свинец выносится вместе с выхлопными газами в виде бромида PbBr 2 . Смесь тетраэтилсвинца с этилбромидом называется этиловой жидкостью, а бензин с такой добавкой называется этилированным (чтобы отличить этилированный бензин от обычного, его окрашивают). Добавка всего 0,1% тетраэтилсвинца может повысить октановое число бензина на 10 единиц. В авиационные бензины добавляют до 0,3% тетраэтилсвинца. Однако это соединение высокотоксично: предельно допустимая концентрация его паров в воздухе равна всего 0,005 мг/м 3 – намного меньше, чем у хлора. Кроме того, ядовитые соединения свинца сильно загрязняют пришоссейные участки земли. Все это привело во многих странах к полному запрещению этилированного бензина в качестве автомобильного топлива или к значительному ограничению его применения.
Были разработаны и другие, менее токсичные антидетонаторы, например, трикарбонил(232-циклопентадиенил)марганец Mn(CO) 3 (C 5 H 5), димер карбонил(232-циклопентадиенил)никеля 2 , ферроцен Fe(C 5 H 5) 2 . К сожалению, эти антидетонаторы слишком дороги, а кроме того образуют твердый нагар на стенках цилиндров в значительно бóльших количествах, чем тетраэтилсвинец, так что работа в этой области продолжается.
Роль увеличения октанового числа можно проиллюстрировать на примере авиационного бензина во время Второй мировой войны. Эту войну часто называют «войной моторов». Моторы – это танки, самоходные пушки, самолеты. Для моторов необходимо топливо, и определенную роль в поражении Германии и ее союзников сыграла нехватка топлива. Менее известный, но не менее важный фактор – наличие у стран антигитлеровской коалиции лучшего по качеству бензина. У немцев и японцев октановое число авиационных бензинов не превышало 87–90, тогда как у их противников оно было не менее 100. Хотя разница может показаться небольшой, летчики оценили ее в полной мере: она позволила на 30% увеличить мощность авиационного двигателя при взлете и наборе высоты; на 20% снизить расход топлива и на столько же увеличить дальность полета, на 25% увеличить полезную нагрузку (а это бомбы, снаряды, дополнительное вооружение), на 10% увеличить максимальную скорость и на 12% – высоту полета. Как отметил британский министр Дэвид Ллойд Джордж, его страна не смогла бы выиграть в 1940 воздушную «битву за Британию», если бы у английских летчиков не было авиационного бензина марки «100».
Массовое производство «100-го» бензина началось в США в конце 1930-х, когда промышленность перешла на каталитический процесс переработки нефти, разработанный французским инженером Эженом Гудри. Он иммигрировал в США в 1930, а уже в июне 1936 начала работать полупромышленная установка Гудри производительностью 2000 баррелей в сутки (американский баррель для сырой нефти и нефтепродуктов равен 139 л). Успешная работа установки позволила уже через 10 месяцев ввести в действие полномасштабный завод мощностью 15 тыс. баррелей в сутки. Другие нефтяные компании также начали внедрять на своих предприятиях установки Гудри, и в 1939, в канун мировой войны, их суммарная производительность достигла 220 тыс. баррелей в сутки. В 1940 Гудри удалось существенно улучшить работу реакторов, заменив природные глины на более производительный синтетический алюмосиликатный катализатор. В результате «бензин Гудри» имел октановое число 82, тогда как ранее не удавалось получить более 72. Поэтому именно бензин, получаемый на установках Гудри, стал основой для получения нового высококачественного бензина (с неслыханным для того времени октановым числом, достигающим 100 и более) в широких масштабах.
Армейские чины США еще в 1934 заинтересовались бензином с октановым числом 100. Испытания показали, что он дает значительные преимущества и является стратегическим продуктом. Но этот бензин был в то время весьма дефицитным. Его получали, добавляя тетраэтилсвинец, изооктан, изопентан и другие компоненты к лучшим сортам авиационного бензина. Процесс Гудри позволил вдвое снизить количество дорогих добавок, необходимых для получения «бензина-100». Заслуги Гудри были оценены американским правительством: вскоре после вступления США в войну он стал гражданином этой страны. В 1941–1942 установки, работающие на основе процесса Гудри, давали 90% всего авиационного бензина стран антигитлеровской коалиции. К 1944 производительность установок была доведена до максимума – 373 тыс. баррелей в сутки.
Гудри получил множество патентов на каталитическую переработку нефти. До сих пор у специалистов-нефтехимиков в ходу термины «гудрифлоу», «удриформинг» и др.; в Англо-русском словаре по химии и переработке нефти приведено семь подобных терминов.
Илья Леенсон
