抗震劑(Antiknock Agent)

抗震劑(Antiknock Agent)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

抗震劑，是一種汽油當中的添加物，其添加的主要目的是為了減低汽油在引擎當中，由於高溫高壓下自燃、爆炸，所產生的爆震(knocking)現象。

而由於爆震程度可以利用辛烷值(octane number)來進行度量，辛烷值越高，爆震的效果也就越低，因此吾人也可稱抗震劑的添加，是為了提高汽油的辛烷值。

大約在1920年代左右，由於汽車工業的逐漸成熟，因此減低引擎的爆震所造成的引擎損害，以及其所帶來的噪音，也就成為了相當重要的一個課題。為此，人們便逐漸著手進行抗震劑的研究。

1960年代人們開始在汽油中添加四乙基鉛(tetraethyl-lead)，約一加侖中添加最多3克的鉛，可以有效地降低爆震的情形，大大地提高汽油的辛烷值。這是由於四乙基鉛當中的碳──鉛鍵鍵結相當弱，因此在引擎燃燒的溫度之下，可以使得這些物質分解，而產生乙基自由基。這些自由基可以清除其他自由基；透過這些自由基的反應，可以有效地延遲汽油自燃的時間，因此可以有效地防止爆震。

當時常見的抗震劑，還包含了如酒精類、芳香族碳氫化合物、醚類等等。然而，相較於其他的抗震劑，四乙基鉛的優點在於：其溶於汽油的效率較高，其毒性可以抑制微生物孳生造成燃由降解；並且其僅需要相當低的添加量，就可以很有效地防止爆震，這樣一來可以極有效地降低成本。

然而四乙基鉛由於其含鉛，燃燒後會產生固體的鉛與一氧化鉛，因此會造成累積，傷害引擎的各個零件。因此有時還會再加入例如磷酸三甲苯酯(tricresyl phosphate)，或是1,2-二氯乙烷、1,2-二溴乙烷等等添加物，使得這些鉛轉變為可蒸發的化合物；然而這樣就會使得空氣中含鉛，因而造成嚴重的空氣污染問題。

也因此，其他不含鉛的無鉛汽油逐漸在1980年代被推出。一般而言可以使用不含鉛的抗震劑；例如像是澳洲與加拿大，經常使用（甲基環戊二烯基）三羰錳(methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl, MMT)來取代四乙基鉛成為常見的抗震劑，其特點在於可以添加於老式設計的汽車；這些汽車經常只能使用含鉛汽油。

除此之外，例如像是二茂鐵(ferrocene)、五羰鐵(iron pentacarbonyl)等等化合物，都是結構原理類似、可以相當有效提高辛烷值的抗爆震劑。

參考資料：
1. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5^th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; p. 380.
2. Wikipedia—Antiknock agent  http://en.wikipedia.org/wiki/Antiknock_agent
3. Wikipedia—Tetraethyllead  http://en.wikipedia.org/wiki/Tetraethyllead