Химия объясняет, как свекольный сок превращает лед и таяние снега

На Большом Белом Севере метели - это вопрос жизни и смерти. Или, по крайней мере, именно так это выглядит в наши дни, поскольку новый метод расчистки снега делает некоторые улицы похожими на места кровавой бойни. На этой неделе в Калгари, Альберта, городские власти вышли на заснеженные улицы со смесью соли и свекольного сока, который, по их словам, является более экологичным и экономичным способом удаления льда с дорог, чем использование только соли.

CBC во вторник сообщили, что Калгари расширяет использование свекольного сока после того, как предыдущие небольшие пробные прогоны оказались успешными. Снежный город идет по стопам таких городов, как Лаваль и Коуэнсвилль, как в Квебеке, так и в Торонто - во всех городах, которые ранее использовали аналогичные смеси свекольного сока на дорогах при подготовке к штормам. В Калгари смесь свекольного сока и соли распыляется прямо на улицу от двухтонного грузовика, который вмещает 40 000 литров свекольного сока.

Города, которые сильно пострадали от зимних штормов, уже несколько лет ищут альтернативы соли, так как чрезмерное количество хлорида натрия не только наносит вред автомобилям, дорогам и личной собственности, но и влияет на окружающую среду. В 2016 году Управление по сохранению Торонто и региона заявило, что сокращение популяции рыбы и клопов, вероятно, связано с зависимостью города от соли в зимние месяцы.

Причина, по которой соль является таким эффективным антиобледенителем, заключается в том, что она снижает температуру замерзания воды вокруг нее. Весь лед имеет очень тонкую пленку жидкой воды на своей поверхности, и когда кусок льда смешивается с этой жидкостью, он понижает температуру замерзания, что повышает его температуру - в свою очередь, вызывает таяние льда вокруг него и так далее. Этот процесс становится все более эффективным, так как концентрация соли становится выше. Например, 10-процентный раствор соли замерзает при температуре 20 градусов по Фаренгейту (-6 градусов Цельсия), а 20-процентный раствор замерзает при температуре 2 градуса F (-16 градусов Цельсия).

На молекулярном уровне это происходит потому, что молекулы соли перемежаются с молекулами воды, что затрудняет их объединение в молекулярный кристалл, который составляет лед. Вот как объясняют это физики из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн:

Скажем, у вас есть чашка чистой воды и немного соленой воды. Когда вы понижаете температуру, часть чистой воды начинает образовывать кристаллы льда. Причина в том, что хотя замороженные молекулы воды, выстроенные в линию в кристалле, имеют меньше способов передвижения (меньшая «энтропия»), чем молекулы жидкости, они выделяют тепло при замерзании, что еще больше повышает энтропию окружающей среды. Таким образом, чистая энтропия возрастает по мере замерзания воды, как это всегда происходит на пути к любому состоянию равновесия.

Как насчет соленой воды? В изменении энтропии есть еще один термин. Соль не вписывается в ледяные кристаллы. Таким образом, по мере образования оставшейся соли остается меньше места для блуждания и, следовательно, меньше энтропии. Таким образом, вы должны сделать соленую воду еще холоднее, прежде чем замораживаете чистую энтропию.

Но хлорид натрия - не единственная молекула, способная разрушить кристалл воды. Молекулы сахара из свекольного сока имеют аналогичный эффект, что означает, что если свекольный сахар добавить в 20-процентный солевой раствор и распылять на лед, температура плавления льда будет даже ниже 15 градусов по Фаренгейту. Что большинство канадских городов Мы пытались смешать мелассу сахарной свеклы, побочный продукт переработки свекловичного сахара, вместе с существующими солевыми растворами, чтобы снизить концентрацию соли, необходимую для получения тех же самых эффектов таяния льда. Липкость патоки дополнительно помогает связать соль с поверхностью дороги, где это может максимизировать ее эффекты.

Единственный недостаток сока свеклы, Национальная география в 2014 году сообщалось, что он может иногда просачиваться в ручьи, где сахар привлекает бактерии, которые поглощают весь кислород в воде, на которую полагаются животные.

Конечно, существует проблема свекольного сока, превращающего улицы в красно-коричневый беспорядок, как будто это были окисленные остатки кровавой битвы. Некоторые города, такие как Лаваль, использовали сок из белой свеклы, чтобы избежать пятен, но другие просто научились принимать плохое за хорошее. Говорят, что сладкая смесь, по крайней мере, пахнет как Тутси Ролл.

Если вам понравилась эта статья, посмотрите это видео о мусорном «монстре», который может есть плавучий мусор.