Kemi förklarar hur sockerjuice gör is och snösmältning

$config[ads_kvadrat] not found

МОЩНЕЙШАЯ МЕТЕЛЬ В АЛЬБЕРТЕ, КАНАДА (9 ноября, 2020)

МОЩНЕЙШАЯ МЕТЕЛЬ В АЛЬБЕРТЕ, КАНАДА (9 ноября, 2020)
Anonim

I Great White North är snöstormar en fråga om liv och död.Eller, åtminstone, det är det som ser ut idag, eftersom en ny snöskyddsmetod gör att vissa gator ser ut som en blodig massakre. Den här veckan i Calgary, Alberta, tog staden tjänstemän till de snöiga gatorna med en blandning av salt- och betesaft, som de säger är ett mer miljövänligt och kostnadseffektivt sätt att de-isvägar än att använda bara salt.

De CBC rapporterade på tisdag att Calgary utökar sin användning av sockerbetor efter tidigare försök med små försök visade sig vara framgångsrik. Den snöiga staden följer i fotspår av städer som Laval och Cowansville, både i Quebec och Toronto. Alla städer som tidigare har använt liknande sockerblandningar på vägar för att förbereda stormar. I Calgary sprutas blandningen av betsjuice och salt direkt på gatorna från en 2 ton lastbil som kan rymma 40 000 liter sockerbetor.

Städer som drabbas av vinterstormer har sökt alternativ till salt i flera år nu, eftersom alltför stora mängder natriumklorid skadar inte bara bilar, vägar och personliga fastigheter utan också påverkar miljön. I 2016 uppgav Toronto och Region Conservation Authority att minskande fisk- och buggpopulationer sannolikt hängde samman med stadens beroende av salt under vintermånaderna.

Anledningen till att saltet är en så effektiv vägdämpare är att det sänker fryspunkten i vattnet runt den. All is har en mycket tunn film av flytande vatten på dess yta och när en isbit blandar sig med den vätskan sänker den sin fryspunkt, vilket ökar temperaturen, vilket i sin tur gör att isen runt den smälter och så vidare. Denna process blir mer och mer effektiv då saltkoncentrationen blir högre. Till exempel fryser en 10 procent saltlösning vid 20 grader Fahrenheit (-6 grader Celcius), och en 20 procent lösning fryser vid 2 grader F (-16 grader C).

På molekylär nivå händer detta, eftersom saltmolekylerna intersperserar med vattenmolekylerna, vilket gör det svårare för den senare att komma ihop i den molekylära kristallen som utgör is. Så här förklarar fysiker vid University of Illinois i Urbana-Champaign det:

Säg att du har en kopp rent vatten och en kopp något saltvatten. När du sänker temperaturen börjar något av rent vatten att bilda iskristaller. Orsaken är att även om de frusna vattenmolekylerna, som är upptagna i en kristall, har färre sätt att flytta runt (lägre "entropi") än de flytande molekylerna, släpper de värme när de fryser och det ökar entropin i omgivningen ännu mer. Så entropin går upp som vattnet fryser, som det alltid gör på vägen till ett jämviktsläge.

Vad sägs om i saltvattnet? Det finns en extra term i entropiändringen. Saltet passar inte in i iskristallerna. Så när de bildas lämnas kvarvarande salt kvar med mindre utrymme för att vandra runt i och därmed mindre entropi. Så du måste få saltvattnet ännu kallare innan du får en net entropi vinst från att frysa den.

Men natriumklorid är inte den enda molekylen som kan störa en vattenkristall. Sockermolekylerna från sockerbetorjuice har en liknande effekt, vilket innebär att om sockerbetor sätts i 20 procent saltlösning och sprutas på is, kommer isens smältpunkt att vara ännu lägre än 15 grader F. Vilka kanadensiska städer har försökt blanda ihop sockerbeta melasser, en biprodukt av sockerrörseraffinering tillsammans med befintliga saltlösningar för att minska den koncentration av salt som behövs för att producera samma issmältande effekter. Klibbigheten hos melasserna hjälper dessutom till att binda saltet till vägens yta, där det kan maximera effekterna.

Den enda nackdelen med sockerbeta, nationella geografiska rapporterad 2014, är att det ibland kan läcka in i strömmar, där sockret lockar bakterier som suger upp allt syre i vattnet som djur lita på.

Självklart är det fråga om betesaften som vänder gatorna till en rödbrun röra, som om det var de oxiderade resterna av en blodig kamp. Vissa städer, som Laval, har använt juice från vita rödbetor för att undvika fläcken, men andra har helt enkelt lärt sig att omfamna det dåliga med det goda. Åtminstone sägs den ljuva koksningen lukta som en Tootsie Roll.

Om du gillade den här artikeln kan du kolla in den här videon om ett "monster" som kan äta flytande sopor.

$config[ads_kvadrat] not found