Chemie vysvětluje, jak řepa Juice dělá led a sníh tát

Ve Velkém Bílém Severu jsou sněhové bouře otázkou života a smrti. Anebo alespoň to vypadá, jak to vypadá v těchto dnech, protože nová metoda na odklízení sněhu způsobuje, že některé ulice vypadají jako místo krvavého masakru. Tento týden v Calgary v Albertě se představitelé města vydali na zasněžené ulice se směsí soli a řepné šťávy, což je podle jejich názoru ekologičtější a nákladově efektivnější způsob, jak se zbavit silnic než používat pouze sůl.

CBC oznámil v úterý, že Calgary rozšiřuje své používání řepné šťávy po předchozích malých zkušebních provozech se osvědčila. Zasněžené město je ve stopách měst, jako je Laval a Cowansville, a to jak v Quebecu, tak i v Torontu - všechna města, která dříve použila podobné směsi řepných šťáv na silnicích v přípravě na bouře. V Calgary se směs řepné šťávy a soli stříká přímo do ulic z dvoutunového kamionu, který pojme 40 000 litrů řepné šťávy.

Města, která jsou tvrdě zasažena zimními bouřemi, hledají alternativy soli již několik let, protože nadměrné množství chloridu sodného nejenže poškozuje automobily, silnice a osobní majetek, ale také ovlivňuje životní prostředí. V roce 2016 Úřad pro ochranu přírody v Torontu a regionu uvedl, že klesající populace ryb a bugů jsou pravděpodobně spojeny se závislostí města na soli v zimních měsících.

Důvodem soli je takový účinný odlučovač silnic na prvním místě je to, že snižuje bod tuhnutí vody kolem něj. Veškerý led má na svém povrchu velmi tenkou vrstvu tekuté vody, a když se s ledem mísí kus ledu, sníží se jeho bod tuhnutí, což zvýší jeho teplotu - což zase způsobí roztavení ledu kolem něj a tak dále. Tento proces se stává stále účinnějším, když se koncentrace soli zvýší. Například 10% roztok soli zamrzne při 20 stupních Fahrenheita (-6 stupňů Celsia) a 20% roztok zamrzne při teplotě -16 stupňů C (2 ° F).

Na molekulární úrovni se to děje proto, že molekuly soli se vzájemně prolínají s molekulami vody, což ztěžuje jejich spojení v molekulárním krystalu, který tvoří led. Zde je vysvětleno, jak fyzici na University of Illinois v Urbana-Champaign vysvětlují:

Řekněme, že máte šálek čisté vody a šálek poněkud slané vody. Když snížíte teplotu, některá čistá voda začne tvořit ledové krystaly. Důvodem je, že i když molekuly zmrazené vody, seřazené do krystalu, mají méně způsobů, jak se pohybovat (nižší „entropie“) než kapalné molekuly, uvolňují teplo, když zamrznou, a to ještě více zvyšuje entropii okolí. Čistá entropie tak stoupá, jak voda mrzne, jak to vždy dělá na cestě do rovnovážného stavu.

A co ve slané vodě? Ve změně entropie je jeden další termín. Sůl nespadá do ledových krystalů. Takže, jak se tvoří, zbývající sůl je ponechána s menším prostorem, kam se mohou potulovat, a tím méně entropie. Takže musíte dostat slanou vodu ještě chladnější, než se dostanete čistý zisk entropie z zmrazení.

Chlorid sodný však není jedinou molekulou, která může narušit vodní krystal. Molekuly cukru z šťávy z řepy mají podobný účinek, což znamená, že pokud se cukr z cukrové řepy přidá do 20% roztoku soli a nastříká se na led, bod tání ledu bude dokonce nižší než 15 stupňů F. Co většina kanadských měst zkoumali se smíchání melasy cukrové řepy, vedlejšího odpadu z rafinace cukrové řepy, spolu s existujícími solnými roztoky, aby se snížila koncentrace soli potřebná pro dosažení stejných účinků tání ledu. Lepivost melasy navíc pomáhá vázat sůl na povrch silnice, kde může maximalizovat své účinky.

Jediná nevýhoda řepné šťávy hack, národní geografie v roce 2014, je to, že může někdy unikat do toků, kde cukr přitahuje bakterie, které nasávají veškerý kyslík ve vodě, na kterém se zvířata spoléhají.

Samozřejmě je tu otázka řepné šťávy, která obrací ulice do červenohnědého nepořádku, jako by to byly oxidované zbytky krvavé bitvy. Některá města, jako například Laval, použila šťávu z bílé řepy, aby se vyhnula skvrně, ale jiní se prostě naučili přijmout špatné s tím dobrým. Přinejmenším se říká, že sladká směs je cítit jako tootsie roll.

Pokud se vám líbil tento článek, podívejte se na toto video o odpadky "monstrum", který je schopen jíst plovoucí odpadky.