Kemija objašnjava kako sok od repe postaje led i snijeg

Na Velikom bijelom sjeveru snježne oluje stvar su života i smrti. Ili barem tako izgleda, jer nova metoda uklanjanja snijega čini da neke ulice izgledaju kao mjesto krvavog masakra. Ovog tjedna u Calgaryju, Alberta, gradski su dužnosnici krenuli na snježne ulice mješavinom soli i soka od repe, za koje kažu da je ekološki prihvatljiviji i isplativiji način za skidanje leda s cesta nego na korištenje samo soli.

CBC izvijestio je u utorak da Calgary proširuje svoju uporabu soka od cikle nakon što su se prethodni mali pokusni pokusi pokazali uspješnima. Snježni grad slijedi stope gradova kao što su Laval i Cowansville, kako u Quebecu, tako iu Torontu - svim gradovima koji su ranije koristili slične mješavine sokova od cvekle na cestama u pripremi za oluje. U Calgaryju se mješavina soka od repe i soli spreja izravno na ulice iz kamiona od dva tona koji može sadržavati 40.000 litara soka od repe.

Gradovi koji su teško pogođeni zimskim olujama već nekoliko godina traže alternative solima, jer prekomjerne količine natrijevog klorida ne samo da štete automobilima, cestama i osobnoj imovini, već također utječu na okoliš. U 2016. Uprava za konzervaciju u Torontu i Regiji navela je da je smanjenje populacije riba i buba vjerojatno povezano s oslanjanjem grada na sol tijekom zimskih mjeseci.

Razlog zašto je sol takva učinkovita otopina za odmrzavanje na cesti je to što smanjuje točku smrzavanja vode oko nje. Svi led ima vrlo tanak sloj tekuće vode na svojoj površini, a kada se komad leda pomiješa s tom tekućinom, ona snižava svoju točku smrzavanja, što povisuje njezinu temperaturu - što uzrokuje da se led oko nje topi, i tako dalje. Ovaj proces postaje sve djelotvorniji s porastom koncentracije soli. Primjerice, 10-postotna otopina soli se smrzava na 20 stupnjeva celzijusa (20 stupnjeva Celzijusa), a 20 posto otopine se smrzava na -16 stupnjeva Celzijusa.

Na molekularnoj razini, to se događa zato što molekule soli presijecaju s molekulama vode, što potonjem otežava spajanje u molekularnom kristalu koji čini led. Evo kako fizičari na Sveučilištu Illinois u Urbana-Champaignu to objašnjavaju:

Recimo da imate šalicu čiste vode i šalicu pomalo slane vode. Dok snižavate temperaturu, neka čista voda počinje stvarati kristale leda. Razlog tome je što premda zamrznute molekule vode, postavljene u kristal, imaju manje načina za kretanje (niža "entropija") nego tekuće molekule, one oslobađaju toplinu kada se smrznu i što još više podiže entropiju okoline. Tako se neto entropija povećava kako se voda zamrzava, kao što to uvijek čini na putu prema bilo kojem stanju ravnoteže.

Što je sa slanom vodom? Postoji jedan dodatni termin u promjeni entropije. Sol se ne uklapa u kristale leda. Kako se formiraju, preostala sol ostaje s manje prostora za lutanje, a time i manje entropije. Morate dobiti još hladniju slanu vodu prije nego što dobijete neto entropijski dobitak od smrzavanja.

Ali natrijev klorid nije jedina molekula koja može poremetiti kristal vode. Šećerne molekule iz soka repa imaju sličan učinak, što znači da ako se šećer od šećerne repe doda u otopinu od 20 posto soli i poprska na led, točka taljenja leda će biti čak i niža od 15 stupnjeva F. Što većina kanadskih gradova pokušali su miješati melasu šećerne repe, otpadni nusproizvod rafiniranja šećera od šećerne repe, zajedno s postojećim otopinama soli kako bi smanjili koncentraciju soli potrebnu za proizvodnju istog učinka topljenja leda. Ljepljivost melase dodatno pomaže vezanju soli na površinu ceste, gdje može maksimizirati njene učinke.

Jedini nedostatak u hakiranju repe, National Geographic zabilježeno u 2014, je da ponekad može propuštati u potoke, gdje šećer privlači bakterije koje usisavaju sav kisik u vodi na koju se životinje oslanjaju.

Naravno, tu je i sok od repe koji pretvara ulice u crveno-smeđi nered, kao da su to oksidirani ostaci krvave bitke. Neki gradovi, poput Lavala, koristili su sok od bijele repe da bi izbjegli mrlju, ali drugi su jednostavno naučili prihvatiti loše s dobrom. U najmanju ruku, kaže se da slatka izmišljotina miriše kao Tootsie Roll.

Ako vam se svidio ovaj članak, pogledajte ovaj videozapis o smeću "čudovište" koje je u stanju jesti plutajuće smeće.