Žiemą apledėję keliai ir šaligatviai apibarstomi druska, kad atsikratytų apledėjusių sąlygų ir užtikrintų saugų pėsčiųjų ir įvairių transporto priemonių judėjimą. Būtent druska naudojama dėl priežasties - yra ir mokslinis paaiškinimas, kad tai fizika.
Kas tirpsta?
Lydymasis yra fizinis procesas, kurio metu medžiaga pereina iš vienos agregacijos būsenos į kitą, tai yra, iš kristalinės kietos medžiagos į skystą. Lydymui turi būti laikomasi tam tikrų sąlygų. Kiekviena medžiaga turi savo lydymosi temperatūrą arba tam tikrą temperatūros diapazoną. Tokiu atveju ledas ar sniegas virsta vandeniu, kuriame yra druskos. Normalioje būsenoje ir be išorinės įtakos sniego lydymosi temperatūra yra 0 ℃.
Didelę reikšmę turi tai, kad medžiagų mišinys paprastai tirpsta žemesnėje temperatūroje nei tos pačios medžiagos atskirai. Pavyzdžiui, galite paimti įprastą metalą A, kurio lydymosi temperatūra yra 500 ℃. Jei pridėsite prie jo kitą metalą, kad gautumėte kažkokį lydinį, tada šio lydinio lydymosi temperatūra jau bus mažesnė - pavyzdžiui, 480 ℃. Panaši situacija yra su sniegu ir druska.
Įdomus faktas: druska neįprastu būdu veikia vandenį ir verdant. Gėlas vanduo verda esant 100 ℃, bet, jei jame pridedama ir ištirpinama druska, virimo temperatūra padidės. Tikslus laipsnis priklauso nuo druskos koncentracijos vandenyje.Pvz., Jei tirpale yra 20% druskos, tada jis verda esant 105 ℃ temperatūrai.
Kaip sniegas tirpsta su druska?
Norėdami suprasti šį procesą, kaip pavyzdį galime pateikti paprastą eksperimentą. Būtina surinkti pusę stiklinės sniego ir įdėti kitą saują ant lentos, palaukti, kol sniegas ištirps ant lentos. Jei uždėsite stiklinę ant suformuoto vandens ir išmatuosite temperatūrą jo viduje, tada ji bus artima 0 ℃.
Dabar į stiklinę turėtumėte supilti šiek tiek druskos, sumaišyti ir nedelsdami vėl išmatuoti temperatūrą. Keista, bet termometras rodys maždaug –18 ℃. Po kelių minučių temperatūra pradės kilti, tačiau stiklo dugnas atšils iki plokštelės. Kodėl taip atsitinka?
Kai į stiklinę buvo įpilama druskos, ledo lydymosi temperatūra smarkiai krito. Tai gali būti apie -21 ℃. Norint ištirpinti ledą, reikia daug energijos. Jis paimamas iš aplinkos ir mišinio. Šiame pavyzdyje vandens telkinys ant lentos greitai užšalo. Taigi sumažėja sniego ir druskos mišinio temperatūra.
Būtent šis reiškinys naudojamas leduose. Kai ledas apibarstomas druska, susidaro specialus sluoksnis. Sniego ir druskos mišinys ištirpsta, kai mažėja šio sluoksnio užšalimo temperatūra. Palaipsniui atsiranda vandens-druskos tirpalo plėvelė, kuri plečiasi ir plečiasi, taip padidindama ledo ir druskos sąlyčio plotą. Šis procesas trunka tol, kol ištirps visas ledas. Energija imama iš aplinkinio oro, todėl šalčiau yra stovėti ant susidariusio sniego ir druskos sruto.
Jei mes apsvarstysime šį procesą sudėtingesniu fiziniu lygiu, tada ledas yra padengtas plonu pusiau skysto vandens sluoksniu. Jis susidaro dėl labai greitų molekulių, atitrūkstančių nuo pagrindinio ledo kristalo. Pusiau skystas vanduo greitai sukietėja žemoje temperatūroje. Druska padeda sumažinti šių molekulių koncentraciją ir neleidžia vandeniui užšalti.
Kodėl gydymas druska pavojingas keliams?
Nepaisant šio metodo paplitimo kovoje su ledu, jis turi daug trūkumų. Kai sniegas kartu su druska ištirpsta, pasirodo nešvarus skystis su daugybe chloro junginių. Šios medžiagos neigiamai veikia aplinkinius augalus, dirvožemį, taip pat pėsčiųjų batus ir transporto priemonių padangas.
Dėl šios priežasties buvo nustatytas taisyklių rinkinys, kurio reikia laikytis perdirbant dangą druska. Visų pirma, tai yra dozės laikymasis. Viename kvadratiniame metre žemės reikia sunaudoti ne daugiau kaip 450 g druskos. Pramoniniuose gaminiuose nuo apledėjimo taip pat naudojamas natrio chloridas, tačiau, be jo, sudėtyje yra ir specialių priedų, kurie sumažina druskos daromą žalą.
Kelių medžiagų mišinys tirpsta žemesnėje temperatūroje nei tos pačios medžiagos, paimtos atskirai. Šis principas veikia su druska ir sniegu. Normaliomis sąlygomis sniegas pradeda tirpti esant 0 ℃. Sumaišytas su druska, šis procesas prasideda jau esant -18 ℃. Druskos ir ledo mišinio poveikis naudojamas kovojant su ledu keliuose. Tačiau vienam kvadratiniam dangos metrui gali būti naudojama ne daugiau kaip 450 g druskos, nes susidarę chlorido junginiai yra kenksmingi aplinkai, batams ir automobilių padangoms.