化学解释甜菜汁如何使冰雪融化

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Anonim

在大白北部,暴风雪是生死攸关的问题。或者,至少,这就是现在的情况,因为一种新的清雪方法正在使一些街道看起来像血腥大屠杀的场所。本周在阿尔伯塔省卡尔加里,市政府官员带着盐和甜菜汁混合在白雪皑皑的街道上,他们说这是一种比仅使用盐更加环保且经济有效的除冰道路。

该 CBC 周二报道,卡尔加里正在扩大其甜菜汁的使用,此前的小试验证明是成功的。白雪皑皑的城市跟随着魁北克省拉瓦尔和考恩斯维尔等城镇的脚步,以及多伦多 - 所有城市之前都曾在道路上使用类似的甜菜汁混合物为风暴做准备。在卡尔加里,甜菜汁和盐的混合物被一辆两吨重的卡车直接喷洒在街道上,这辆卡车可容纳40,000升甜菜汁。

受冬季风暴影响严重的城市多年来一直在寻找盐的替代品,因为过量的氯化钠不仅会损害汽车,道路和个人财产,还会影响环境。 2016年,多伦多和地区保护局表示,鱼类和虫害数量下降可能与该城市冬季对盐的依赖有关。

盐首先是一种高效的道路除冰器的原因是它降低了周围水的冰点。所有的冰在其表面都有一层非常薄的液态水,当一块冰与该液体混合时,它会降低其冰点,从而升高其温度 - 从而导致其周围的冰融化,等等。随着盐浓度变高,该过程变得越来越有效。例如,10%的盐溶液在20华氏度(-6摄氏度)下冻结,20%的溶液在2华氏度(-16摄氏度)时冻结。

在分子水平上,这是因为盐分子与水分子散布在一起,使后者更难以在构成冰的分子晶体中聚集在一起。以下是伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的物理学家如何解释它:

假设你有一杯纯净水和一杯咸水。当你降低温度时,一些纯净水开始形成冰晶。原因在于,虽然排列成水晶的冷冻水分子比液体分子具有更少的移动方式(更低的“熵”),但是当它们冻结时它们释放热量并且甚至更多地提高周围环境的熵。因此,随着水的冻结,净熵会上升,因为它总是在通往任何平衡状态的路上。

咸水怎么样?熵变化中还有一个额外的术语。盐不适合冰晶。因此,当它们形成时,剩余的盐留下较少的空间来漫游,因此较少的熵。所以你必须让盐水更冷,然后才能从冻结中获得净熵增益。

但氯化钠不是唯一可以破坏水晶的分子。来自甜菜汁的糖分子具有类似的效果,这意味着如果将甜菜糖添加到20%的盐溶液中并喷洒在冰上,冰的熔点将甚至低于15华氏度。大多数加拿大城市我们尝试过混合糖用甜菜糖蜜,甜菜糖精制的废物副产品,以及现有的盐溶液,以减少产生相同融冰效果所需的盐浓度。糖蜜的粘性还有助于将盐粘合到道路表面,在那里它可以最大化其效果。

甜菜汁破解的唯一缺点, 国家地理 据报道,2014年,它有时会泄漏到溪流中,糖会吸引细菌吸收动物赖以生存的水中的所有氧气。

当然,有甜菜汁把街道变成红褐色混乱的问题,好像它是血腥战斗的氧化残骸。有些城市,如拉瓦尔(Laval),曾使用白甜菜汁来避免污渍,但其他城市只是学会用好吃的方式来接受坏蛋。至少,据说甜味混合物闻起来像Tootsie Roll。

如果您喜欢这篇文章,请查看此视频,了解一个能够吃掉漂浮垃圾的垃圾“怪物”。

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