Chimia explică cum sucul de sfeclă face topirea gheții și zăpezii

În Marea Nordului de Nord, furtunile de zăpadă sunt o chestiune de viață și de moarte. Sau, cel puțin, așa arată în zilele noastre, deoarece o nouă metodă de curățare a zăpezii face ca unele străzi să pară un loc de masacru sângeros. În această săptămână, în Calgary, Alberta, oficialii orașului au dus pe străzile cu zăpadă un amestec de sucuri de sare și sfeclă, ceea ce se spune că este o metodă mai ecologică și mai eficientă de a distruge drumurile decât să utilizeze doar sare.

CBC a raportat marți că Calgary își extinde utilizarea sucului de sfeclă după ce procesele anterioare de testare mici s-au dovedit a fi de succes. Orașul cu zăpadă urmează pe urmele orașelor precum Laval și Cowansville, atât în ​​Quebec, cât și în Toronto - toate orașele care au folosit anterior amestecuri similare de suc de sfeclă pe drumuri în pregătire pentru furtuni. În Calgary, amestecul de suc de sfeclă și sare este pulverizat direct pe străzi dintr-un camion cu două tonuri care poate conține 40.000 de litri de suc de sfeclă.

Orașele care sunt afectate de furtunile de iarnă au căutat alternative de sare de mai mulți ani, deoarece cantități excesive de clorură de sodiu nu numai că dăunează autoturismelor, drumurilor și proprietății personale, dar afectează și mediul. În 2016, Autoritatea de Conservare din Toronto și Regiunea a declarat că declinul populației de pești și de bug-uri este probabil legat de dependența orașului de sare în timpul lunilor de iarnă.

Motivul pentru care sarea este un agent de dezghețare a drumurilor eficient, în primul rând, este că scade punctul de îngheț al apei din jurul acestuia. Toată gheața are pe suprafața ei o peliculă foarte subțire de apă lichidă și atunci când o bucată de gheață se amestecă cu acel lichid, își scade punctul de îngheț, ceea ce ridică temperatura - la rândul său, provoacă topirea gheții în jurul ei și așa mai departe. Acest proces devine din ce în ce mai eficient cu creșterea concentrației de sare. De exemplu, o soluție de sare de 10 procente îngheață la 20 grade Fahrenheit (-6 grade Celsius) și o soluție de 20 procente îngheață la 2 grade F (-16 grade C).

La nivel molecular, acest lucru se întâmplă deoarece moleculele de sare se intersectează cu moleculele de apă, făcându-le mai greu pentru acestea din urmă să se unească în cristalul molecular care constituie gheață. Iată cum explică fizicienii de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign:

Spuneți că aveți o ceașcă de apă curată și o ceașcă de apă puțin sărată. Odată cu scăderea temperaturii, o parte din apa curată începe să formeze cristale de gheață. Motivul este că, deși moleculele de apă înghețate, aliniate într-un cristal, au mai puține căi de a se deplasa (entropia inferioară) decât moleculele lichide, ele eliberează căldură când îngheață și care ridică și mai mult entropia din împrejurimi. Deci, entropia netă crește pe măsură ce apa îngheață, așa cum se întâmplă întotdeauna pe calea către orice stare de echilibru.

Cum rămâne cu apa sărată? Există un termen suplimentar în schimbarea entropiei. Sarea nu se încadrează în cristalele de gheață. Pe măsură ce se formează, sarea rămasă este lăsată cu mai puțin spațiu pentru a se deplasa înăuntru și, astfel, mai puțin entropie. Deci, trebuie să obțineți și mai puțină apă sărată înainte de a obține un câștig net de entropie din înghețarea acesteia.

Dar clorura de sodiu nu este singura moleculă care poate perturba un cristal de apă. Moleculele de zahăr din sucul de sfeclă au un efect similar, ceea ce înseamnă că dacă zahărul de sfeclă este adăugat la soluția de sare de 20% și este pulverizat pe gheață, punctul de topire al gheții va fi chiar mai mic de 15 grade F. Ce mai multe orașe canadiene au încercat să amestece împreună melasa de sfeclă de zahăr, un produs secundar de deșeuri de rafinare a zahărului de sfeclă, împreună cu soluțiile de sare existente pentru a reduce concentrația de sare necesară producerii acelorași efecte de topire a gheții. Aderența melaselor ajută, de asemenea, îmbinarea sarei la suprafața drumului, unde se pot maximiza efectele acesteia.

Singurul dezavantaj la hack-ul sucului de sfeclă, National Geographic raportat în 2014, este că uneori se poate scurge în fluxuri, unde zahărul atrage bacterii care suge tot oxigenul din apa pe care se bazează animalele.

Desigur, există problema sucului de sfeclă care întoarce străzile într-o mizerie roșie-maronie, ca și cum ar fi rămășițele oxidate ale unei bătălii sângeroase. Unele orașe, precum Laval, au folosit suc din sfecla albă pentru a evita pete, dar alții au învățat pur și simplu să îmbrățișeze răul cu binele. Cel puțin, mirosul dulce se spune că miroase ca o rolă Tootsie.

Dacă ți-a plăcut acest articol, vizitează acest videoclip despre un "monstru" care este capabil să mănânce gunoi plutitor.