Двигатель внутреннего сгорания необходимо охлаждать для обеспечения нормального теплового режима работы его узлов и деталей. Наиболее распространены системы охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости. В процессе работы она может нагреваться до 100°C и иногда выше, а на стоянке остывать до температуры окружающего воздуха. От свойств жидкости во многом зависит эффективность системы охлаждения, надежность и долговечность двигателя. Она должна иметь высокую теплоемкость, теплопроводность, температуру кипения, подвижность, а также низкую температуру кристаллизации и коэффициент объемного расширения. Охлаждающая жидкость не должна вызывать коррозию металлов, разрушать резину уплотнений и вспениваться в процессе работы.
Вода как охлаждающая жидкость обладает наибольшей охлаждающей способностью, имеет максимальную теплоемкость, пожаробезопасна, нетоксична и относительно дешевая. Но вода имеет сравнительно низкую температуру кипения и относительно быстро испаряется При температуре ниже 0°C вода замерзает и превращается в лед (кристаллизуется) со значительным, до 10%-ным увеличением объема. Это приводит к «размораживанию» двигателя – разрушению его основных деталей и узлов. Поэтому ее нельзя использовать в холодное время года без слива из автомобиля при длительной стоянке вне теплого гаража. Вода способствует образованию накипи в системе охлаждения двигателя, которая забивает каналы радиатора и значительно ухудшает отвод тепла. Образование накипи связано с жесткостью воды, которая определяется содержанием в ней ионов кальция Ca2+и магния Mg2+.
Общая жесткость подразделяется на карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную). Причем карбонатная жесткость составляет до 70–80% от общей жесткости. Обычно преобладает жесткость, обусловленная ионами кальция (до 70%); однако в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50–60%.
Карбонатная (временная) жесткость. Образуется при растворении в воде бикарбонатов кальция и магния - Са(HCO3)2 и Mg(HCO3)2. При нагреве такой воды неустойчивые бикарбонаты снова переходят в нерастворимую форму – карбонаты - CaCO3↓, и MgCO3↓, образуется накипь (котельный камень). Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью.
Некарбонатная (постоянная) жесткость связана с содержанием в ней хлоридов или сульфатов CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4, а также силикатов CaSiO3, MgSiO3. Гипс CaSO4 обладает отрицательной растворимостью – при повышении температуры выпадает в осадок, участвуя в образовании накипи. Остальные соли выпадают в осадок в случае увеличения их концентрации в результате испарения воды.