当人们把盐撒在结冰的人行道或马路上时,雪和冰会被盐砸出一个个的洞。这个现象很神奇吧:一袋冷冰冰的盐如何起到像热卵石一样的作用的呢?
其中的原理是这样的。在液态水中,水分子将流过另外一个水分子,是分子间的化学键让它们彼此连接在一起。不过,这些分子始终处在分开又与对面的分子结合的状态,就像在跳方块舞的人。
当温度(压强)适当的时候,跳舞的液体分子便会分开。若提供足够的热量(像跳舞的人逃离过于热闹的舞场)水分子将获得足够的热能以转化成飞散的气体。在正常大气压下,水在100摄氏度及其以上转化为蒸汽。
与此相反,若散失太多的热量——将水冷却水到10摄氏度及其以下——水分子也就逐渐散失了能量。不能够自由自在活动的水分子,将会迅速粘在一起,结成冰。
不过,即使水结成冰,里面的水分子还是处于运动之中。单个的水分子在它们的冰晶结构中微微振动着。而且,结冰并不是一个一帆风顺的过程。有些分子仍处在液体阶段,在结成的冰里横冲直撞。有些则冲破结冰的藩篱,重新变回液体。在0摄氏度时,水处在结冰与融化之间。
这个时候我们拿来盐。盐分子是由钠和氯原子结合而成的。水分子则是由两个氢原子和一个氧原子构成的。因其原子的结合方式,一个水分子可以产生一个微小的电场。
当盐闯入冰中,立刻会有反应发生。盐分子接触并进入水分子的电场。电场把由原子结合在一起的钠分子猛烈地拉开,这些被分开的原子叫做离子,因为它们带有带荷。钠离子带有正电荷,氯离子带有负电荷。这个时候,水分子就像是一个电引力场,离子环绕在其四周。
因此,悬浮在溶解的盐周围的水分子无法冻结成冰。与此同时,请记住,水分子本性上也要挣脱冰的束缚。结果呢?因为转化成液态水要比固态冰的水分子多,所以雪就融化了。撒入的盐扰乱了冰的形成。因此,实际上是盐降低了水的冰点。
事实上,在水中溶入任何物质(例如糖和酒精)均将会发生同样地现象。盐只是便宜又实用。仅仅1英里的人行道,就要撒上500英镑的盐,以溶解成浓盐水防止融化的冰雪二次结冰。
不过,若气温骤降,那么水分子结冰的速度便快于转化为液体的速度,这种情况下则需要更多的盐。在气温大约低于-3~-4摄氏度时,街道工作人员在盐中放入氯化钙,增强其融化作用。随着温度跌到接近-17~-18摄氏度及其以下,工作人员在路面撒上砾石增加轮胎的摩擦力,因为盐溶液作用已经不能赶上冰冻的速度。