冬季的盐到底是如何起作用的

偶尔会借助甜菜根汁和糖蜜。
Snow plow Spraying salt onto roads
向道路喷洒盐是安全措施。stoatphoto/Shutterstock.com

嗖……外面好冷!孩子们正涌向电视,希望听到学校会放假;因为一场即将来临的暴风雪,杂货店的面包和牛奶过道都空空如也;公用事业卡车正在外出,向道路上喷洒盐或盐水。

我们都知道前两件事发生的原因——孩子们对放学后充满热巧克力和雪人的日子感到兴奋。成年人正在囤积必需品。但那些卡车是怎么回事?

它们通过喷洒岩盐或盐水溶液来防止结冰,从而保护驾驶员免受湿滑路况的影响。这种盐与您餐桌上的盐非常相似——它们都是同一种氯化钠,NaCl。有些专利混合物包含其他盐——如氯化钾(KCl)和氯化镁(MgCl)——但它们不常用。

路面上的盐不像您食物中的盐那样纯净;它呈棕灰色,主要是由于矿物污染。通过径流将这种盐排入环境可能会产生一些意想不到的后果,包括对植物、水生动物和湿地产生负面影响

但它是一种廉价而有效的方法,可以保护道路免受冰冻的侵害,这源于一个简单的科学原理:溶液的凝固点降低。纯水的凝固点,也就是它变成冰的温度,是华氏 32 度。因此,如果下雪、雨夹雪或冻雨,并且地面温度为 32 度或更低,街道和人行道就会形成固体冰。

但是,如果水中混合了盐,那么溶液的凝固温度就低于 32 度。盐会阻碍水分子形成固体冰晶的能力。凝固点降低的程度取决于溶液的含盐量。

Salt and water molecules
盐阻止水分子在华氏 32 度凝固成冰晶,而是保持在那个温度下呈泥泞状,最终在约 15 华氏度时结冰。Julie Pollock,CC BY-ND

需要注意的是,为了遵循这一原理,盐必须与液态水混合成溶液。这就是为什么许多城市在结冰之前就喷洒盐水溶液。

撒在冰上的盐依赖于阳光或汽车轮胎碾压产生的摩擦力来初步融化冰,使其变成泥泞状,然后与盐混合,就不会再次结冰。用固体盐预处理依赖于路面温度升高来初步融化任何积雪或冻雨,以便与盐充分混合。这也是为什么对桥梁(比其他道路更冷)进行预处理通常不起作用,并且您会看到“桥梁比路面先结冰”的标志。

de-icer solution on the roads
一种由盐水和甜菜根汁组成的除冰混合物,可能在低至零下 25 华氏度的温度下有效。美联社照片/Gene J. Puskar

这些盐溶液将水的凝固温度降低到大约 15 度。所以,对于那些面临真正严寒天气的人来说,不幸的是,用盐处理无法消除路面上的冰。

在这些较低温度下使用的另一种策略是将沙子撒在冰上。沙子不会改变融化温度,它只会为您的轮胎提供粗糙的表面,以防止打滑和侧滑。

凝固点降低的科学原理可以应用于任何溶液,许多研究小组一直致力于开发对环境负面影响更小的替代品。这些替代品包括如糖蜜和甜菜根汁等添加剂。所以,在冬天散步后,您可能不仅要清理裤子底部白色的盐,还要清理粉红色的盐。

Julie Pollock 是里士满大学的化学助理教授。本文最初发布于The Conversation

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