Kemija pojasnjuje, kako sladkorni pes naredi led in sneg

V Veliki Beli Severni snežni meji so stvar življenja in smrti. Ali vsaj to izgleda v teh dneh, saj nova metoda odstranjevanja snega naredi nekatere ulice kot mesto krvavih pokolov. Ta teden v mestih Calgary, Alberta, so mestni uradniki stopili na zasnežene ulice z mešanico soli in soka pese, za katero pravijo, da je okolju prijaznejši in stroškovno učinkovit način za odstranjevanje ledu od uporabe le soli.

The CBC poročali v torek, da Calgary širi svojo uporabo soka pese po prejšnjih majhnih poskusnih poskusov izkazala za uspešno. Snežno mesto sledi mestom, kot sta Laval in Cowansville, tako v Quebecu kot tudi v Torontu - vsa mesta, ki so prej uporabljala podobne mešanice sokov iz sladkorne pese na cestah v pripravi na nevihte. V Calgaryju se mešanica soka sladkorne pese in soli poškropi neposredno na ulice iz dvotonskega tovornjaka, ki lahko vsebuje 40.000 litrov soka pese.

Mesta, ki jih prizadenejo zimske nevihte, že nekaj let iščejo alternative solju, saj prevelike količine natrijevega klorida ne škodujejo le avtomobilom, cestam in osebni lastnini, temveč vplivajo tudi na okolje. V letu 2016 je organ za ohranjanje Toronta in regije navedel, da je upadanje populacij rib in žuželk verjetno povezano z zanašanjem mesta na sol v zimskih mesecih.

Razlog, zakaj je sol tako učinkovita razkladalna cesta, je ta, da znižuje zmrzišče vode okoli nje. Ves led ima zelo tanek film tekoče vode na svoji površini in ko se led zmeša s to tekočino, zniža svojo točko zmrzovanja, kar dvigne temperaturo - zaradi česar se led tali in tako naprej. Ta proces postaja vse bolj učinkovit, saj koncentracija soli postane višja. Na primer, 10-odstotna raztopina soli zamrzne pri 20 stopinjah Fahrenheita (-6 stopinj Celzija) in 20-odstotna raztopina zamrzne pri -16 stopinjah Celzija.

Na molekularni ravni se to zgodi zato, ker se molekule soli prepletajo z vodnimi molekulami, zaradi česar slednji težje pridejo v molekularni kristal, ki tvori led. Fiziki na Univerzi v Illinoisu pri Urbana-Champaign pojasnjujejo:

Recimo, da imate skodelico čiste vode in skodelico nekoliko slane vode. Ko znižate temperaturo, začne nekaj čiste vode tvoriti ledene kristale. Razlog za to je, da imajo zamrznjene molekule vode, ki so obložene v kristal, manj načinov za premikanje (nižja "entropija") kot tekočih molekul, vendar se sproščajo toplota, ko se zamrznejo in to še bolj poveča entropijo okolice. Torej se neto entropija poveča, ko voda zamrzne, kot vedno na poti v katerokoli ravnovesno stanje.

Kaj pa v slani vodi? V entropiji se spremeni še en dodatni izraz. Sol se ne prilega v ledene kristale. Torej, ko se oblikujejo, ostane preostala sol z manj prostora za potepanje okoli in s tem manj entropije. Zato morate slano vodo še bolj ohladiti, preden dobite neto entropijski dobiček zaradi zamrzovanja.

Toda natrijev klorid ni edina molekula, ki lahko moti vodni kristal. Sladkorne molekule iz soka sladkorne pese imajo podoben učinek, kar pomeni, da če se sladkor iz sladkorne pese doda 20-odstotni raztopini soli in poškropi na ledu, bo tališče ledu še nižje od 15 stopinj F. Kaj je večina kanadskih mest Poskušali smo mešati melaso iz sladkorne pese, odpadni stranski proizvod rafiniranja sladkorne pese, skupaj z obstoječimi solnimi raztopinami, da bi zmanjšali koncentracijo soli, ki je potrebna za enake učinke taljenja ledu. Lepljivost melase dodatno pomaga vezati sol na površino ceste, kjer lahko maksimira njene učinke.

Edina slaba stran, ki jo povzroča sok pese, National Geographic poročali leta 2014, da lahko včasih prodre v potoke, kjer sladkor privlači bakterije, ki vsrkajo ves kisik v vodi, na katero se zanašajo živali.

Seveda je vprašanje soka sladkorne pese spremeniti ulice v rdeče-rjavo zmešnjavo, kot da bi bili oksidirani ostanki krvave bitke. Nekatera mesta, kot je Laval, so uporabili sok iz bele pese, da bi se izognili madežu, drugi pa so se preprosto naučili objemati slabo z dobrim. Vsaj za sladko pripravo je rečeno, da vonja kot Tootsie Roll.

Če vam je ta članek všeč, si oglejte ta videoposnetek o smeti »pošasti«, ki je sposobna jesti plavajoče smeti.