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美媒:為何在道路上撒鹽可以更安全

2024-01-27科學

【科學美國人】月刊網站1月16日刊登題為【為什麽在道路上撒鹽能讓它們變得更安全?】的文章,作者是梅根·巴特爾斯,內容編譯如下:

當雪花開始落到地面上時,另一種白色晶體——巖鹽——也是如此。 如果你生活在冬季天氣通常很惡劣的地區,你可能已習慣於在人行道上撒鹽或看著卡車在大街上撒鹽。但鹽是如何發揮作用的?人類在我們星球的表面撒了多少鹽?第二個問題更容易回答:很多。僅2018年,我們就在美國各地的大街和人行道上撒了近2300萬噸鹽。 鹽並不會直接融化冰,也不會讓雪就那麽消失。它利用一種被稱為「冰點降低」的現象來減少水結冰的可能性。美國列治文大學化學家朱莉·波洛克說:「簡單來說,它會打亂結冰過程中形成的晶體結構。」 這種力量來自鹽在水裏溶解並分解為離子的方式:拿普通的巖鹽(未經細加工,純度沒有食鹽高)來說,其每個分子會分解成一個鈉離子和一個氯離子。

通常情況下,當水結成冰時,其分子會排列成一個穩定有序的六邊形結構。但鹽離子會幹擾這種排列方式,溫度必須降得更低,才能克服這種幹擾讓水結冰。 但如果前提是鹽需要與液態水相互作用,那麽在氣溫一直處於冰點以下、水應該已經結成冰時,鹽要怎樣發揮作用呢?波洛克說,在這種情況下,汽車可以透過制造摩擦、進而產生熱量來幫助自己清理道路。她說:「摩擦會讓冰稍微融化一點,形成某種泥狀物,然後鹽會溶解在其中。這樣一來,這種泥狀物就不像水一樣容易結冰了。」 不過,巖鹽也具有破壞性。氯離子會腐蝕車輛和基礎設施。北美湖泊中的氯濃度上升可能開始破壞當地生態並影響飲用水源。 美國明尼蘇達大學德魯斯分校環境工程師陳蘭春(音)說:「道路上的鹽一旦進入水中就很難去除。」她還說:「鹽本身無害——它不像是某種有害或危險的化學品。」但由於鹽溶解後產生的離子親水性很強,一個生態系可能需要花費數十年時間才能排出鹽汙染。「它一旦進入水中就不會離開。」

許多州和地方政府也在尋找巖鹽的替代品。氯化鎂和氯化鈣等其他鹽發揮作用的方式與氯化鈉一樣,而且它們的效率也許更高。這些鹽每個分子會產生3個離子——一個鎂離子或鈣離子加上兩個氯離子——來幹擾結冰過程,而氯化鈉只分解為兩個離子。但這些替代化合物比普通巖鹽更昂貴,並且也不會減少氯離子對環境的負面影響。 美國蒙大拿州立大學科學家勞拉·費伊說,工程師們還在評估用於維護冬季道路的更戲劇性的方法。加熱人行道是一個仍處於早期階段的選項,但她覺得特別有趣。這種方法價格不菲:它用嵌入導電纖維(因而能直接讓雪和冰融化)的混凝土路面來替代傳統柏油路。 費伊說,所有這些實驗的目的都是,確保人們可以在任何天氣條件下出行——這在冬天造成它最惡劣的影響時是一項艱巨的任務。(編譯/楊新鵬)

來源:參考訊息