Солта разтопява снега, като понижава температурата на замръзване. Захарта може да се използва за същата цел, но има някои уговорки относно тази алтернативна стратегия.
Возенето с шейни, изкуственото заснежаване и боевете със снежни топки са идеални начини да се насладите на зимното време. Въпреки това може да се почувствате по-различно, когато снегът покрие алеята, пътищата и покривите ви. Снегопочистването отнема много време и енергия!
Солта може да ни помогне да решим тези проблеми.
Каменната сол, известна също като натриев хлорид или готварска сол, както и редица други безводни соли, като магнезиевия хлорид и калциевия хлорид, се използват в големи количества от правителствата на практика на всички страни за топене на снега по пътищата през зимата. Солите, използвани за топене на снега по пътищата тротоарите, обикновено се наричат с общото име пътна сол. Тя не може да се консумира като готварската сол.
По какъв начин солта топи снега?
Водата замръзва при 0 °C и при тази температура ледът и водата, т.е. твърдото и течното състояние, са в равновесие помежду си. Когато добавим сол (каквато и да е сол) към водата, тя се разтваря в нея и предизвиква явление, наречено „понижаване на точката на замръзване“.
Това е колизионно свойство, което се проявява при разтворители като водата. Следователно водата, която е трябвало да замръзне при 0 °C, сега ще замръзне при по-ниска температура (например -10 °C), в зависимост от концентрацията на солта. Така, ако температурата на въздуха е 0 °C, снегът по-скоро ще се разтопи, отколкото да остане в твърдо състояние.
Снегът по време на зимните бури не е 100% твърд. Той е мек на допир, което показва, че водата не е напълно замръзнала. Средствата против заледяване се разтварят в тези малки водни кухини и разтопяват снега. Една малка концентрация на сол е достатъчна, за да разтопи голяма част от снега. Пътната сол е основният търговски продукт в страните с ежегодни снежни зими.
Може ли захарта да стопи снега?
При точката на замръзване на водата водните молекули губят кинетичната си енергия и застиват, образувайки кристална структура. С привличането на все повече молекули те стават компактни и развиват силно притегляне, дължащо се на водородната връзка. Както може да се види на изображението, има сравнително голямо намаляване на междумолекулното разстояние, когато водата преминава от течно в ледено състояние.
Това междумолекулно разстояние се нарушава, когато добавим разтворими вещества, например соли. Молекулите, които се разтварят във водата, преодоляват привличането между водните молекули и се оказват в нещо като сандвич между тях. В резултат на това привличането между водните молекули намалява и за втвърдяването е необходима още по-ниска температура.
Захарта, т.е. захарозата, е лесно разтворима във вода, така че може да доведе до понижаване на температурата на замръзване на водата. Въпреки това захарозата не се дисоциира на съставните си йони, като същевременно част от нея остава като неразтворен дизахарид. От друга страна, солите се йонизират на съставните си йони, като например MgCl2 -> Mg2+ + 2Cl-, и лесно се наместват между молекулите на водата.
Понижаването на температурата на замръзване зависи от количеството на разтворителите в препарата: колкото повече частици разтворител има, толкова повече се понижава температурата на замръзване.
Следователно, въпреки че захарта може да разтопи снега, тя не може да го направи толкова ефективно, колкото солите.
Защо се търсят алтернативи?
След като снегът се разтопи, той се отстранява или от постоянния поток от превозни средства, или чрез изтичане на водата в близката отводнителна система. Проблемът обаче е, че солта по пътищата оказва отрицателно въздействие върху околната среда.
Повечето пътни соли са на хлоридна основа. Хлоридът е заклет враг на автомобилите, тъй като започва да ги разрушава чрез образуване на корозия. Хлоридът абсорбира влагата, като по този начин ускорява скоростта на корозията.
Солите, които остават във водата, попадат в близките водоеми и могат да нарушат водните екосистеми. Водните обекти в близост до градовете обикновено са сладководни ресурси като реки, езера и езерца; ако солите попаднат в тези водни обекти, те намаляват разтворения кислород (DO) и представляват заплаха за водните организми. Повишената соленост води до цъфтеж на токсичните водорасли, което убива хранещия се с водорасли зоопланктон.
Може би си мислите, че солите са навсякъде в околната среда, особено хлоридните соли, които са от съществено значение за живите клетки. Да, това е така, но за да се ориентирате, тези соли се използват в милиони тонове всяка година. Следователно количеството на солите, които попадат в околната среда без пречистване, далеч надхвърля допустимите нива. Затова трябва да търсим алтернативни видове сол или системи за топене на сняг, които са по-малко вредни за околната среда.
Какви са алтернативите?
Най-често се използват следните алтернативи на натриевия хлорид:
- Захар от цвекло
- Глоколи
- Сиропи – меласа от най-различен вид и гъстота
- Полиоли, получени от царевица, като манитол, сорбитол, малтитол
- Хидравлични методи, електрически и инфрачервени лампи
Нашата сол се среща в природата, докато другите хлоридни соли могат лесно да бъдат извлечени от минералите. Ето защо, за да се сведе до минимум въздействието на тези соли, вместо да се произвеждат масово нови соли, се добавят само допълнения.
Тези добавки са на биологична основа и поради това са лесно разградими в околната среда. Доказано е, че захарта от цвекло, гликолите и меласата имат много добри свойства за намаляване на заледяването. Добавките на основата на селскостопански продукти, особено полиолите, получени от царевица, като манитол, сорбитол и малтитол, се оказаха подходящи солни добавки, които осигуряват добро понижаване на точката на замръзване на водата.
Освен с химикали, снегът може да се топи и с помощта на машини. Разпръскването на пара и гореща вода върху натрупания сняг се оказа ефективно и елиминира необходимостта от ръчното му отстраняване. Хидравличните, електрическите и инфрачервените лампи правят същото с повърхността на тротоарите, настилките и мостовете.
Търсенето на алтернативи на хлоридните соли не дава покой на изследователите главно по две причини: цена и енергия. Гореспоменатите добавки са скъпи за производство в необходимите големи количества, а машините са енергоемки инструменти. Следователно намирането на идеалната алтернатива, която да отговаря на всички изисквания, е едно непрекъснато предизвикателство.
Снегът се топи чрез манипулиране на понижаването на точката на замръзване, като често се използват разтворими разтворители като соли и захари. Концентрацията и температурата на въздуха също играят важна роля за ефективността на тези антиобледенители. Промишлените антиобледенители на основата на NaCl не могат да разтопят леда при температури под -10°C. Поради това се добавят различни соли и добавки за топене на снега при екстремни температури, които имат по-малко вредно въздействие върху околната среда.
Натриевият хлорид е важен и се използва не само при готвенето и топенето на снега. Изследване от 2019 година показа, че океанът на Европа, луната на Юпитер е солен. Солта бе открита в замръзналата морска вода от недрата на естествения спътник на Юпитер, а това означава, че в океана на планетата има разтворен натриев хлорид. Това е важен фактор за съществуването на извънземен живот. Още тогава аспирантката Саманта Трамбо и нейният научен ръководител Майкъл Браун, както и планетолога Кевин Хънд решиха да завъртят космическия телескоп Хъбъл и да го насочат към далечната луна, за да търсят именно тази линия на поглъщане. И след четирите наблюдения, извършени от месец май до месец август 2017 година, те я откриха. Това изследване показа, че шансът за възникване и развитие на живот на Европа е много голям