外面太冷了!孩子们成群结队地看电视,希望听到会下雪的消息;由于暴风雪即将来临,食品杂货店的面包和牛奶货架空无一人;公用卡车也在路上喷洒盐或盐水。
我们都知道前两个发生的原因——孩子们都很兴奋,因为他们可以放一天假,吃上热巧克力,堆上雪人。成年人正在囤积必需品。但是那些卡车怎么了?
他们的工作是通过喷洒岩盐或盐水溶液来防止结冰,从而保护司机不受滑倒的影响。这种盐和你在餐桌上吃的盐很相似——是同样的氯化钠,NaCl。有一些专有的混合物含有其他盐,如氯化钾(KCl)和氯化镁(MgCl),但它们并不常用。
道路盐不像你在食物中使用的那么纯;它呈棕灰色,主要是由于矿物污染。通过径流使环境受到这种盐的影响可能会产生一些意想不到的后果,包括对植物、水生动物和湿地的负面影响。
但由于一个简单的科学原理:解决方案的冰点降低,这是一种既便宜又有效的防止道路结冰的方法。纯水的冰点,也就是结冰的温度,是32华氏度。因此,如果有雪、雨夹雪或冻雨,地面温度在32华氏度或更低,街道和人行道上就会形成固体冰。
盐会阻止水分子在32华氏度下凝固成冰晶,相反,在这个温度下,盐会保持粘稠状态,最终在15华氏度左右结冰。作者:Julie Pollock, CC BY-ND
然而,如果水与盐混合,溶液的冷冻温度低于32华氏度。盐阻碍水分子形成固体冰晶的能力。冰点降低的程度取决于溶液的盐度。
重要的是要注意,盐必须在与液态水的溶液中才能遵守这一原则。这就是为什么许多城市在结冰之前会喷洒盐溶液的原因。
撒在冰面上的盐依赖于太阳或汽车轮胎在冰面上的摩擦,最初将冰面融化成可以与盐混合的泥浆,然后不会再结冰。固体盐预处理依赖于较温暖的路面来融化任何雪或冻雨,这样它就可以适当地与盐混合。这也是为什么桥梁的预处理——比其他道路更冷——通常不起作用的原因,也是为什么你会看到“桥梁在道路前结冰”的标志。
这些盐溶液将水的冷冻温度降低到15华氏度左右。所以,不幸的是,对于那些真正面临严寒的人们来说,用盐来治疗并不能去除路上的冰。
在这样低的温度下使用的另一种策略是把沙子放在冰上。沙子不会改变融化的温度,它只是为轮胎提供了一个粗糙的表面,以防止打滑。
冰点降低的科学可以应用于任何解决方案,许多研究小组都致力于开发对环境造成较少负面影响的替代方案。其中包括糖蜜和甜菜汁等添加剂。所以,也许你可以期待在冬季散步后,不仅能洗掉牛仔裤底部的白色盐,还能洗掉粉色的盐。