冬の塩は実際どのように機能するのか

ぶるぶる…外は寒い！子供たちは雪が降る日が来ることを期待してテレビに群がっています。迫りくる吹雪のため、食料品店のパンや牛乳の売り場は空っぽです。そして、トラックは道路に塩や塩水を散布しています。

最初の 2 つが起こる理由は誰もが知っています。子供たちはホット チョコレートと雪だるまがいっぱいの学校休みを楽しみにしています。大人は必需品を買いだめしています。しかし、あのトラックは何をしているのでしょうか。

氷の形成を防ぐために岩塩や塩水を散布し、滑りやすい路面からドライバーを守る取り組みが進められています。この塩は食卓に並ぶ塩とよく似ており、同じ塩化ナトリウム、NaCl です。塩化カリウム (KCl) や塩化マグネシウム (MgCl) などの他の塩を含む独自の混合物もありますが、それほど一般的には使用されていません。

道路の塩は、食べ物に使う塩ほど純粋ではありません。主にミネラル汚染が原因で、茶色がかった灰色をしています。この塩が流出して環境に放出されると、植物、水生動物、湿地への悪影響など、予期しない結果が生じる可能性があります。

しかし、これは溶液の凝固点降下という単純な科学的原理により、道路を凍結から守る安価で効果的な方法です。純水の凝固点、つまり氷になる温度は華氏 32 度です。そのため、雪、みぞれ、または凍雨が降っていて地面の温度が華氏 32 度以下であれば、道路や歩道に固い氷が形成されます。

しかし、水に塩が混ざると、溶液の凝固温度は 32 度より低くなります。塩は水分子が固体の氷結晶を形成する能力を阻害します。凝固点降下の程度は、溶液の塩分濃度によって異なります。

この原則に従うためには、塩が液体の水に溶解している必要があることに注意することが重要です。そのため、多くの都市では氷が形成される前に塩水を散布しています。

氷の上に撒かれた塩は、太陽の光や、その上を走る車のタイヤの摩擦によって、最初に氷を溶かして塩と混ざり合う泥水にし、その後は再凍結しないようにします。固形塩で前処理する場合は、暖かい路面を利用して、最初に雪や氷結雨を溶かし、塩と適切に混ざるようにします。これは、他の道路よりも温度が低い橋の前処理が通常は機能しない理由であり、「道路より先に橋が凍結する」という標識が見られるのもこのためです。

これらの塩溶液は水の凍結温度を約 15 度まで下げます。そのため、本当に極寒の気温に直面している人々にとって、残念ながら塩で処理しても道路の氷を取り除くことはできません。

このような低温時に使用される代替戦略は、氷の上に砂を置くことです。砂は融解温度を変えることはなく、タイヤが滑ったり横滑りしたりしないように表面を粗くするだけです。

凝固点降下の科学はどんな解決策にも応用でき、多くの研究グループが環境への悪影響が少ない代替品の開発に注力しています。その代替品には糖蜜やビートジュースなどの添加物が含まれます。ですから、冬の散歩の後にジーンズの裾についた白い塩だけでなく、ピンク色の塩もきれいに落とせるようになることを期待できるかもしれません。

ジュリー・ポロックはリッチモンド大学の化学助教授です。この記事はもともと The Conversation に掲載されました。