عندما تغطى الثلوج الشوراع والممرات، تستخدم الحكومات الملح “كلوريد الصوديوم أو الماء المالح”، والأملاح اللامائية الأخرى مثل “كلوريد المغنيسيوم وكلوريد الكالسيوم”، بكميات كبيرة لإذابة ثلوج الطرق خلال فصل الشتاء. ولكن هل يمكن استخدام السكر أو أى من العناصر الآخري لإذابة الجليد؟
كيف يذيب الملح الثلج؟
يتجمد الماء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، وعند درجة الحرارة هذه، يكون الجليد والماء،في حالة توازن مع بعضهما البعض. وعند إضافة الملحىإلى الماء، فإنه يذوب فيه ويسبب ظاهرة تسمى “انخفاض درجة التجمد”. وبالتالي، فإن الماء الذي كان من المفترض أن يتجمد عند درجة حرارة 0 درجة مئوية سوف يتجمد الآن عند درجة حرارة أقل، اعتمادًا على تركيز الملح.
هل يستطيع السكر إذابة الثلج؟
عند نقطة تجمد الماء، تفقد جزيئات الماء طاقتها الحركية وتتصلب، وتشكل بنية بلورية. كلما انجذبت المزيد من الجزيئات، فإنها تصبح مدمجة وتطور جاذبية قوية بسبب الرابطة الهيدروجينية. وتتعطل هذه المسافة بين الجزيئات عندما نضيف أي مواد مذابة قابلة للذوبان، مثل الأملاح. تتغلب الجزيئات التي تذوب في الماء على التجاذب بين جزيئات الماء “الجليد” وتنضغط فيما بينها. ونتيجة لذلك، يقل التجاذب بين الجزيئات المتشابهة، ويتطلب الأمر درجات حرارة أقل للتصلب.
يذوب السكر بسهولة في الماء، لذلك يمكن أن يسبب أيضًا انخفاضًا في درجة تجمد الماء. ومع ذلك، لا يتفكك السكروز إلى الأيونات المكونة له، بل يبقى كسكر ثنائي غير مشحون. من ناحية أخرى، تتأين الأملاح إلى الأيونات المكونة لها، وتتداخل بين جزيئات الماء بسهولة.
يعتمد الانخفاض في نقطة التجمد على عدد المواد المذابة الموجودة في المذيب: كلما زاد عدد الجزيئات المذابة، زاد انخفاض نقطة التجمد.
اقرأ أيضًا:
- لماذا يتكون الجليد البحري من المياه العذبة في حين أن المحيطات مالحة؟
- كيفية صنع بخاخ الثلج
- أشهر الأحجار التي يمكن أن تراها عند زيارتك للشاطئ
ما هي بعض البدائل الأخرى؟
بدائل الملح الشائعة المستخدمة فى إذابة الجليد:
- سكر البنجر.
- الجليكول.
- دبس السكر.
- البوليولات المشتقة من الذرة مثل مانيتول، سوربيتول، مالتيتول.
- المصابيح المائية والكهربائية والأشعة تحت الحمراء.
بخلاف المواد الكيميائية، يمكن للآلات أيضًا إذابة الثلج. أثبت رش البخار والماء الساخن فعاليته فى إزالة الثلج المتراكم. يمثل العثور على بدائل لأملاح الكلوريد تحديًا للباحثين، ويرجع ذلك أساسًا إلى سببين: التكلفة والطاقة. يعتبر إنتاج المواد المضافة المذكورة أعلاه بهذه الكميات السائبة مكلفًا، كما أن الآلات عبارة عن أدوات كثيفة الاستهلاك للطاقة. وبالتالي، فإن العثور على بديل مثالي يحقق جميع المتطلبات يمثل تحديًا مستمرًا.
يتم إذابة الثلج عن طريق التلاعب في انخفاض نقطة التجمد، غالبًا من خلال استخدام المواد المذابة مثل الأملاح والسكريات. يلعب التركيز ودرجة حرارة الغلاف الجوي أيضًا دورًا أساسيًا في فعالية أجهزة إزالة الجليد.
المصدر
