Хімія пояснює, як буряковий сік робить лід і сніг тане

У Великій Білій Півночі снігові бурі - справа життя і смерті. Або, принаймні, саме так виглядає в ці дні, оскільки новий метод очищення від снігу робить деякі вулиці схожими на місце кривавої бійні. Цього тижня в Калгарі, провінція Альберта, міські чиновники вийшли на засніжені вулиці з сумішшю солі та соку буряка, які, на їхню думку, є більш екологічно чистим і економічно ефективним способом знезалізнення доріг, ніж використання тільки солі.

The CBC повідомив у вівторок, що Калгарі розширює своє використання бурякового соку після того, як попередні невеликі пробні пробіжки виявилися успішними. Сніговий місто йде по стопах таких міст, як Лаваль і Ковансвілль, як у Квебеку, так і в Торонто - всі міста, які раніше використовували подібні суміші буряків на дорогах у підготовці до штормів. У Калгарі суміш бурякового соку та солі розпилюється безпосередньо на вулиці з двотонної вантажної машини, яка може вмістити 40 тисяч літрів бурякового соку.

Міста, які сильно постраждали від зимових штормів, шукали альтернативи солі вже кілька років, оскільки надмірна кількість хлориду натрію не тільки шкодить автомобілям, дорогам і особистому майну, але й впливає на навколишнє середовище. У 2016 році адміністрація з охорони природи Торонто та регіону заявила, що зниження популяцій риб та жуків, ймовірно, пов'язане з залежністю міста від солі протягом зимових місяців.

Причина сіль така ефективна дорога de-icer у першу чергу що це знижує точку замерзання води навколо це. Всі льоди мають дуже тонку плівку рідкої води на своїй поверхні, і коли шматок льоду змішується з цією рідиною, він знижує точку замерзання, що підвищує її температуру - у свою чергу, лед навколо нього плавиться і так далі. Цей процес стає більш ефективним, оскільки концентрація солі стає вище. Наприклад, 10-процентний сольовий розчин замерзає при 20 градусах за Фаренгейтом (-6 градусів за Цельсієм), а 20-відсотковий розчин замерзає при 2 градусах за Фаренгейтом (-16 градусів С).

На молекулярному рівні це відбувається тому, що молекули солі перетинаються з молекулами води, що ускладнює злиття останнього в молекулярному кристалі, який утворює лід. Ось як фізики з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн пояснюють це:

Скажімо, у вас є чашка чистої води і чашка трохи солоної води. Коли ви знижуєте температуру, частина чистої води починає утворювати кристали льоду. Причина полягає в тому, що хоча заморожені молекули води, вибудовані в кристал, мають менше способів переміщатися (нижча «ентропія»), ніж рідкі молекули, вони вивільняють тепло, коли вони замерзають, і це ще більше підвищує ентропію оточення. Таким чином, чиста ентропія зростає, коли вода замерзає, як це завжди робиться на шляху до будь-якого рівноважного стану.

А як щодо солоної води? У зміні ентропії є один додатковий термін. Сіль не вписується в кристали льоду. Так як вони утворюються, залишилася сіль залишається з меншим простором, щоб блукати навколо, і, отже, менше ентропії. Таким чином, ви повинні отримати солону воду ще більш холодною, перш ніж ви отримаєте чистий приріст ентропії від замерзання.

Але хлорид натрію не єдина молекула, яка може порушити кристал води. Молекули цукру з бурякового соку мають подібний ефект, а це означає, що якщо цукровий буряк додають до 20% сольового розчину і розпорошують на льоду, то температура плавлення льоду буде навіть нижче 15 градусів. спробували змішати мелясу цукрових буряків, відходи побічних продуктів рафінування цукрового буряку, разом з існуючими сольовими розчинами, щоб знизити концентрацію солі, необхідної для отримання тих же ефектів плавлення льоду. Клейкість меляси додатково допомагає зв'язувати сіль з поверхнею дороги, де вона може максимізувати її вплив.

Єдиний недолік бурякового соку, National Geographic повідомляється в 2014 році, що він може іноді просочуватися в струмки, де цукор приваблює бактерії, які всмоктують весь кисень у воді, на якій покладаються тварини.

Звичайно, є питання про те, що буряковий сік перетворює вулиці на червоно-коричневий безлад, як на окислені залишки кривавої битви. Деякі міста, такі як Лаваль, використовували сік з білої буряка, щоб уникнути плями, але інші просто навчилися приймати погані з добрим. Принаймні, солодкий вигадка, як кажуть, пахне, як Tootsie Roll.

Якщо вам сподобалася ця стаття, ознайомтеся з цим відео про сміттєвий «монстр», який може їсти плаваючий сміття.