Milwaukee ha hecho exactamente esto, al menos si un lector fuera a hojear a la prensa popular después de que se acercaran a esta historia de pelusa.
Los New York Times
Pero los problemas reales son más complejos. Primero, no estaban vertiendo enormes tanques de salmuera de queso salado en las carreteras. En cambio, estaban ampliando su infraestructura de aplicación y suministro de sal existente al agregar salmuera residual de la fabricación de queso a la sal de roca.
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El uso de salmuera residual es una medida de reducción de costos; ahorra tanto en sal como en el procesamiento de la salmuera. Pero la salmuera no es tan efectiva para derretir el hielo como la sal … con algunas advertencias que podemos explorar. Como adelanto, el último punto que haré es que la salmuera ya está diluida y ha perdido mucha de su magia. Y puede omitir cualquier parte marcada como “matemática” si lo desea.
¿Por qué preferimos la sal para derretir el hielo?
La sal derrite el hielo aprovechando el concepto de Química 101 de “propiedades coligativas”. El punto de congelación / fusión de un líquido (agua) se reduce al disolver una sustancia en él (sal). El grado en que se deprime ese punto de congelación depende de la cantidad de partículas disueltas en él; Esto se pone realmente interesante. Por ahora, brevemente, solo comprenda que el hielo no se está derritiendo tanto desde su estado sólido, sino que estamos moviendo la temperatura a la que se mantiene sólido. Químicamente sacamos la alfombra de debajo; es esencialmente la misma temperatura cuando se derrite *, pero acabamos de decirle que 0 Celsius ya no es su punto de congelación, ahora solo debería congelarse a -15 C o algo así.
Supongamos que arrojamos un poco de azúcar en un cubo de hielo. El azúcar se disuelve en el agua (más sobre esto más adelante). El azúcar es un sólido molecular, por lo que para patadas digamos que rociaremos 100 gramos de azúcar de mesa (sacarosa).
Receso matemático:
Algunas matemáticas rápidas y “lo suficientemente cercanas”: la sacarosa es C12H22O11, con una masa atómica (amu) de 12 para el carbono, 1 para el hidrógeno y 16 para el oxígeno. Eso es 12 carbonos a las 12 amu por 144 amu, 22 hidrógenos a 1 amu por 22 amu, y once oxígenos a las 16 amu por 176 amu. 144 + 22 + 176 = 342 amu, o 342 gramos por mol. Entonces, nuestros 100 gramos son alrededor de ~ .29 moles de moléculas de azúcar, o 1.75 x 10 ^ 23 partículas disponibles para disolverse en agua. Salgamos del descanso matemático:
De vuelta a schmoozing:
Esos 100 gramos de cosas dulces nos dan 1.75 x 10 ^ 23 moléculas. Una vergüenza de riquezas, sin duda, pero ¿a quién le importa? Oh, solo esta pequeña nota al pie: las propiedades coligativas son proporcionales a la cantidad de partículas disueltas en el líquido. Disuelva más partículas por cantidad de agua y empuje el punto de fusión / congelación a una temperatura más baja …
¡El azúcar es terrible para esto! Es caro y pesado en comparación con la cantidad de partículas liberadas. Probemos con cloruro de sodio (sal de mesa):
Receso matemático:
Masa molar de NaCl: 23 + 35 = 58, muy aproximada. Eso es 58 gramos de NaCl por mol. Entonces cien gramos de sal de mesa son ~ 1.7 moles, o … wow, eso es más de 1 x 10 ^ 24 unidades, ¿verdad? Observe que bajé mis estimaciones y también noté que el exponente aumentó en un orden de magnitud. Entonces, la sal de mesa parece patear el trasero del azúcar como cinco veces la cantidad … ¡Ja! Es una broma. Ver, la sal de mesa es un sólido iónico, por lo que se disocia cuando se disuelve en agua y en realidad libera 2 partículas por unidad; efectivamente podemos duplicar el número.
Schmoozing normal:
La sal de mesa debería ser, en términos generales, ~ 10 veces más efectiva para reducir el punto de congelación del agua que el azúcar.
Pero ni siquiera usamos sal de mesa. A menudo usamos cloruro de calcio o cloruro de magnesio. Esos tipos no están en una relación de uno a uno; eso es CaCl2 o MgCl2. Por suerte para todos nosotros, estoy cansado de algo, así que solo acepta que obtenemos un poco menos de un mol de CaCl2 en cien gramos y no quiero ni siquiera estimar MgCl2 ahora. El punto es que CaCl2 podría proporcionar menos moles, pero todo lo que proporciona se triplica para tres partículas en lugar de duplicarse como NaCl.
Entonces tenemos un lado de la historia, por qué la sal es tan buena para derretir el hielo. Pero nos faltan dos partes más de su respuesta. El siguiente es rápido pero sorprendente y el último ya lo dije al principio.
Pero, ¿cómo se disuelve la sal en hielo sólido? ¿Y no se aplican las propiedades coligativas a los líquidos, no a los sólidos?
Argh Me atrapaste. Esperaba que no lo notaras. Tienes razón, la sal no se disocia en el hielo sólido. Todo el negocio de derretimiento de hielo es un trabajo de nieve. Je je.
Descargo de responsabilidad: estoy a punto de pasar por alto mucha química y física. Si aún no se ha ofendido por redondear números, realizar cálculos desordenados y omitir algunos de los puntos más delicados, la siguiente sección podría llevarlo más allá del punto de inflexión.
El hielo sólido no es cien por ciento sólido las veinticuatro horas del día. La temperatura es un promedio en todo el proceso, pero algunas moléculas pueden tener una mayor energía cinética en este momento. Si están cerca de una superficie, simplemente pueden alejarse mientras pueden. No me creas ¿Alguna vez has encontrado una vieja bandeja de cubitos de hielo en el congelador con cubitos de hielo absurdamente pequeños en la parte inferior? ¿Me pregunto quién lo llenó así?
El hielo se encogerá con el tiempo a medida que las moléculas de la superficie se sublimen. Esa es realmente otra respuesta, así que seguiremos adelante.
De todos modos, regrese a nuestro cubo de hielo experimental. En su superficie puede haber una molécula que en este momento, mientras hablamos, está haciendo una apuesta por la libertad. ¡Anímate! Ahí va … y ay, ha sido atrapado por la sal. Lo que se disocia allí mismo en ese lugar (y libera un poco de energía en forma de calor, sí, lo sé. Estoy glosando, se te advirtió). Ahora tienes un poquito de agua súper ultra salada que tiene un punto de congelación absurdamente bajo , por lo que se mantiene líquido.
A lo largo viene la siguiente molécula, que anhela estar libre de la vida cristalina, y también se vuelve salada. Je Y otro y otro, y todo permanece líquido y se forma un charco salado en la superficie que puede capturar más moléculas … El calor liberado también puede ayudar, así que solo anótelo mentalmente. Lo omitiremos pero recuerda que se omitió.
Así que en unos momentos acabamos de cubrir la segunda parte de la respuesta: la sal se ayuda a las moléculas de agua y se convierte en un claro charco de agua intensamente salada. Esta agua no se vuelve a congelar y en su lugar fluye.
Pero esto lleva maravillosamente a la parte final:
La salmuera ya es agua salada y ha perdido parte de su magia.
Así es, se ha diluido! Puede ser muy salado, además tiene sólidos proteicos que ayudan un poco, aunque se comportan mucho más como el ejemplo del azúcar que una buena sal iónica. Por lo tanto, la salmuera es barata si ya la tiene, pero pierde mucho de su ventaja inicial al hacer primero esa agua salada. Las propiedades coligativas son proporcionales a la cantidad de partículas por cantidad de agua. Y ya le has dado a esas hermosas partículas mucha agua antes de que puedan enfrentar el hielo.
¿Y recuerdas ese calor liberado? Ese calor puede ayudar al proceso al aumentar las moléculas cercanas e inspirarlas a hacer un descanso para la libertad también. El calor ya se liberó al formar la salmuera, por lo que también se pierde ese efecto. Volvamos a omitirlo ahora.
¿Por qué esos idiotas usan salmuera? ¡Ahora entiendo mucho! ¡La salmuera no es nada en comparación con la poderosa sal!
Bueno, sí, también estoy bastante entusiasmado con la sal, aunque pareces más excitable de lo que esperaba.
Regrese a los artículos del Times y lea atentamente. Están usando ocho galones por tonelada de sal. Ocho galones. Seriamente. Eso no es nada a una tonelada de sal.
Entonces, si es tan poco, ¿a quién le importa?
La salmuera no está allí en lugar de sal. Está allí en lugar de agua.
¿Qué? ¿Por qué?
Bueno, la sal es realmente costosa y cuando es arrojada por un camión a una calle resbaladiza en una tormenta, rebota y sopla y se desliza, y gran parte termina en lugares donde no es útil. La sal ligeramente húmeda se pega mejor.
De Verdad. Eso es. El uso de agua dulce es un desperdicio, además de que no se puede obtener mucho porque tomaría mucha sal. Pero la salmuera ya es basura de todos modos, además está llena hasta el límite de su capacidad para que no absorba más de su suministro de sal, pero humedecerá los granos y hará que sea menos probable que se vayan. Hace que sea más fácil propagarse; tal vez la consistencia cambia a una suspensión, también, pero no lo sé.
Aquí hay muchos otros factores, como la sal húmeda se convierte en grandes rocas y otros problemas como ese. Pero este es el corazón de la historia: una ciudad encontró la forma en que una corriente de desechos podría reducir la pérdida en una corriente diferente. Eso es todo. La historia es mucho más grande y más pequeña de lo que se informa.
Entonces, no, no se beneficiará de un rociador de salmuera sobre los granos de sal. Pero si sus granos de sal se alejan, considere humedecerlos un poco.
