تسجيل الدخول

تسجيل

إذابة الجليد المتراكم على الأرصفة باستخدام الملح

المؤلف:  جيرل ووكر

المصدر:  سيرك الفيزياء الطائر

الجزء والصفحة:  ص553

2025-09-02

784

لماذا يذوب الجليد المتراكم على الأرصفة والطُّرُق خلال فصل الشتاء عندما يُرَلُّ بالملح؟ لماذا يُفَضَّل استخدام كلوريد الكالسيوم الملح (الصخري أحيانًا عن استخدام كلوريد الصوديوم (ملح الطعام)، لأسباب أخرى غير المتعلقة بالتكلفة؟

الجواب: لنفترض أولا أن هناك طبقة من الماء على سطح جليدي وأن درجة حرارة كلٌّ من السائل والثلج صفر درجة مئوية؛ أي درجة حرارة تجمد الماء العادية. تكون الواجهة التي تفصل بين الماء السائل والماء المجمد عامرة بالنشاط على المستوى الجزيئي، وذلك لأن الجزيئات تترك الجليد باستمرار وتنضم إلى السائل والعكس بالعكس. ومع ذلك، إذا تساوى عدد الجزيئات التي تترك الجليد مع عدد الجزيئات التي تنضم إليه، فلن تتغير كمية الجليد.

إذا رششت الملح في السائل، تتفكك» جزيئات الملح إلى أيونات موجبة وأيونات سالبة، تتوق جزيئات الماء للتجمع حول كل نوع من الأيونات، ويُقال إن الأيونات تكون «مميأة». لا يمكن للماء أن ينضم إلى الجليد لأنه يكون متحدًا بهذا الشكل مع الأيونات. وبما أن الجليد ينضم له عدد أقل من جزيئات الماء، بينما يظل عدد جزيئات الماء الذي يتركه ثابتًا، تبدأ كمية الجليد في الانخفاض؛ أي يبدأ الجليد في الذوبان. إذا خَفَّفَ الماء الذائب الخليط الملحي بما يكفي، يعود الوضع إلى تساوي عدد الجزيئات التي تنتقل من الجليد وإليه؛ ومن ثُمَّ يتوقف الذوبان؛ وعند إضافة المزيد من الملح، تبدأ عملية الذوبان مرة أخرى. تكون الجزيئات في الحالة السائلة أكثر نشاطًا من الجزيئات الحبيسة داخل البنية البلورية للجليد. عندما ينضم جزيء إلى الجليد فلا بد أن يفقد جزءًا من طاقته؛ وعندما يترك جزيء الجليد فلا بد أن يحصل على نفس القدر من الطاقة. إذا تطابق عدد الجزيئات التي تنضم إلى الجليد وتخرج منه، فإن الطاقة التي تصدر أثناء إحدى العمليات توفر الطاقة اللازمة لبدء العملية الأخرى. ولكن عندما يقلّل الملح من عدد الجزيئات التي تنضم إلى الجليد فما الذي يمد الجزيئات التي تستمر بترك الجليد بالطاقة؟ إذا كان الماء - الجليد في الهواء الطلق، فسيأتي مخزون الطاقة من الرصيف والطريق والهواء. وعلى الرغم من أن الجليد يذوب، فإن درجة حرارة الماء - الجليد لا تتغير وتظل عند نفس درجة حرارة البيئة المحيطة.

مع ذلك، إذا كانت كمية الطاقة الآتية من البيئة المحيطة بالماء الجليد غير كافية فلا بد أن توفّر الجزيئات الطاقة لعملية الذوبان. يقلل فقدان الطاقة من درجة حرارة السائل أولا، ثم من درجة حرارة الجليد. وفي مثل هذه الحالة، يُقال إن نقطة تجمد الماء «مُثَبَّطة» بسبب وجود الملح. تنخفض درجة الحرارة حتى يحدث تطابق مرة أخرى بين عملية خروج وانضمام الجزيئات من الجليد وإليه. يمكن أيضًا رؤية انخفاض نقطة التجمد إذا بُرِّدَت المياه المالحة تدريجيا عبر مجمد شديد البرودة. ومع ذلك، هناك حد لمدى الانخفاض الذي يمكن أن تصل إليه نقطة التجمد.

يكون الحد النهائي لكلوريد الصوديوم حوالي سالب 21 درجة مئوية، بينما يكون حوالي سالب 55 درجة مئوية بالنسبة لكلوريد الكالسيوم. هذا الحد الأدنى لكلوريد الكالسيوم هو أحد الأسباب وراء استخدام الملح الصخري على الطرقات؛ إذ يمكنه أن يزيل الجليد من الطرق عند درجات حرارة أقل بكثير من ملح الطعام.