Özellikle soğuk kuzey ülkeleri başta olmak üzere kar ve buzu eritmek için Dünya'da her yıl toplam 60 milyon tondan fazla tuz kullanılıyor. Bu oran tüm gıda endüstrisinin kullandığı tuz miktarından kat ve kat fazla. Peki tuz buzu nasıl eritiyor?
İlk olarak H2O'nun kış aylarındaki durumuna dair bilgi sahibi olmak gerek. Suyun donma noktası 0 santigrat derece olduğundan bu ısıda buza dönüşür. Buzlanan bir yolda bu sıcaklıkta ince bir su katmanı oluşur ve buz molekülleri ile su molekülleri etkileşime girer. Yani su sürekli olarak buzun bir kısmını eritirken, altındaki buz da suyun bir kısmını dondurur. 0 santigrat derecedeyken bu değişim son derece sabit ilerler. Dolayısıyla su miktarı ve buz miktarı aynı kalır.
Tuz ve Buz Arasındaki İlişki
Hava soğursa daha çok su, buz olur ve ısınırsa daha çok buz suya dönüşür. İyonik bir bileşik olan tuz bu denkleme eklendiğinde suyun donma noktası düşmektedir. Sonuç olarak yerdeki buz artık su katmanını 0 derecede donduramaz hale gelir. Bununla birlikte su hala bu sıcaklıkta buzu eritebilir ve bu da yollarda daha az buz oluşmasına neden olur. Tuz ucuz olsa da -6.5°C ile -9.5°C'den sonra etkisi azalıyor ve aynı erimeyi sağlamak için çok daha fazlasını uygulamak gerekiyor. Neyse ki çoğu kış kar fırtınası ve buz fırtınası sıcaklıkların -4°C ile 0°C arasında olduğu zamanlarda meydana gelir. Bunun aşağısında tuzun üzerine bir de kum eklenir.
Tuz, Suyun Donma Noktasını Düşürüyor
Ancak tuzun suyun donma noktasını nasıl düşürdüğünü merak ediyor olabilirsiniz. Bu kavrama "donma noktası depresyonu" denir. Tuz, su moleküllerinin katı halde birbirine bağlanmasını zorlaştırır. Tuz suda çözünen bir madde ve elementlerine ayrılıyor. Örneğin buzu eritmek için sodyum klorür (NaCl) olarak bilinen sofra tuzu kullanırsanız, tuz ayrı sodyum iyonlarına ve klorür iyonlarına çözülür.
Hidrasyon işlemi ısı yaymasına rağmen, bu oran tuzun iyonlara ayrışması sırasında emilen ısıdan fazladır. Başka bir deyişle, toplam çözünme süreci – iyonlara ayrışma ve hidrasyon – tüm ısıyı emer. Bu işlemi aslında kolayca test edebilirsiniz: Bir bardağa su ekleyin ve sıcaklığı parmağınızla test edin. Şimdi tuz ekleyin, karıştırın ve sıcaklığı tekrar test edin. Sıcaklık düşmüş olacak.
Bununla birlikte, şehirlerin buzlu sokaklarında çoğu zaman başka bir tuz türü olan kalsiyum klorür (CaCl2) kullanılıyor. Kalsiyum klorür buzu eritmede daha etkili çünkü iki yerine üç iyona ayrılır: Bir kalsiyum iyonu ve iki klorür iyonu. Daha fazla iyon, katı buz bağlarının arasına giren daha fazla engel demek.
Kışın yolların tuzlanmasının nedeni bu: Suda çözünmüş tuz çözeltisi, saf sudan daha düşük donma noktasına sahiptir. Buza eklenen tuz daima yüzeyde bulunan sıvı su ile çözünür, böylece suyun donma noktası buz sıcaklığının altına düşer. Tuzlu suyla temas eden buz erimeye başlar ve daha fazla sıvı su oluşur. Bu da daha fazla tuzu çözer ve daha fazla buzun erimesine neden olur. Süreç böyle devam eder.
Çözünmüş tuzun konsantrasyonu ne kadar yüksekse, genel donma noktası o kadar düşük oluyor. Bununla birlikte, suda çözülebilen tuz miktarının bir sınırı var. Maksimum miktarda çözünmüş tuz içeren suyun donma noktası yaklaşık -17 santigrat derecedir. Bu yüzden eğer sıcaklık -17 derecenin altındaysa yola tuz serpilmesi buzu eritmez.
- %10 tuz çözeltisiyle su -6°C sıcaklıkta donar
- %20 tuz çözeltisi ile su -16°C sıcaklıkta donar
Çözünmüş tuz içeren suyun neden saf sudan daha düşük donma noktasına sahip olduğunu anlamak için temas halindeki buz ve su arasında dinamik bir faz değişimi olduğunu düşünün. Buzdaki termal titreşimler her saniye çok sayıda molekülün buz yüzeyinden kopmasına ve suya giriş yapmasına neden olur. Aynı süre zarfında çok sayıda su molekülü de kendisini buzun yüzeyine bağlar ve katı hale gelir.
Sıcaklıklar yüksekken ilk işlem ikinciden daha hızlı gerçekleşir ve buz erir. Daha düşük sıcaklıklarda ise tam tersi geçerli. Donma noktasında bu iki oran eşittir. Suya tuz eklenirse buz moleküllerinin ayrılma hızı değişmez ancak su moleküllerinin buz yüzeyine bağlanma hızı azalır. Çünkü sıvıdaki su molekülü konsantrasyonu (santimetre küp başına molekül sayısı) daha düşüktür. Bu nedenle erime noktası daha aşağıdadır.
Yolları Tuzlamanın Çevreye Zararları
Yol tuzu, yiyeceklerde kullanılan tuz kadar saf değil; barındırdığı mineral kontaminasyonu nedeniyle çoğunlukla kahverengimsi gri tonda görünür. Doğal çevreyi bu tuza maruz bırakmak bitkiler, suda yaşayan hayvanlar ve sulak alanlar üzerinde olumsuz etkilere neden oluyor ve bazı istenmeyen sonuçlar doğuruyor. Hatta şehirlerin tuzu en zehirli maddeler arasına eklemeleri önerilmiştir.
Klorür çevre için fazlasıyla kötü etkilere sahip. Şehrin yeraltı sisteminden akarak denize ve göllere boşaldığında sudaki hayvanları öldürebiliyor ve bu durum besin ağının içerisindeki diğer hayvan popülasyonlarını da etkiliyor. Klorür ayrıca bitkileri kurutur ve öldürür ve toprak bileşimini değiştirerek bitki örtüsünün büyümesini zorlaştırır. Himalaya Tuzu olarak bilinen pembe tuz, pekmez ve pancar suyu gibi buz ve karı klorür kullanmadan eritebilen çözümler olsa da şimdilik sodyum klorür ya da kalsiyum klorürden çok daha pahalılar.
Paslanmayı Unutmamak Gerek
Tuz aşındırıcıdır ve altyapıların daha erken bozunmasına neden olur. Tuza harcanan her bir paranın yollar ve köprülerde dört kat daha maliyetli onarımlara neden olduğu hesaplanır. Bu durum yüksek nüfuslu şehirler için 10 yıl gibi bir sürede milyarlarca dolar beklenmedik masraf anlamına gelir. Hasar gören yolun arabalarda yol açtığı tamir masrafları buna dahil değil.
Alternatifler Neler?
Yukarıdakilere ek olarak peynirli salamura ve sarımsak tuzu dahi alternatifler arasında. Düşük sıcaklıklarda yolların buzlanmasını önlemek için kullanılan bir diğer alternatif kum serpmektir. Ancak kum erime sıcaklığını değiştirmiyor sadece lastiklerin kaymasını azaltan pürüzlü bir yüzey oluşturuyor. En iyi çözüm insanların karda daha yavaş sürmesi ve kış lastiği kullanımının zorunlu olmasıdır.
Tuzun Buzu Eritmesi Hakkında Sık Sorulanlar
Tuz Buzu Nasıl Eritiyor?
Tuz suyun donma noktasını düşürerek buzu eritmesini sağlar. Tuz buza eklendiğinde çözülür ve bir çözelti oluşturur. Bu çözelti saf sudan daha düşük bir donma noktasına sahiptir, bu nedenle onu dondurmak için daha düşük bir sıcaklık gerekir. Tuz çözeltisi buzla temas ettiğinde, buzun donabileceği sıcaklığı düşürerek erimesine neden olur.
Tuz iyonları ayrıca buz ile çevresindeki hava arasında bir bariyer oluşturarak buzun yeniden donmasını önler. Bu nedenle tuz, kış aylarında yolların ve kaldırımların buzunu çözmek için yaygın olarak kullanılır. Ancak, aşırı tuz kullanımının çevreye zararlı olabileceği ve zaman içinde altyapıya ve araçlara zarar verebileceği unutulmamalıdır.
Kar ve Buzu Eritmek İçin Tuz Kullanmanın Olumsuz Etkileri Nelerdir?
Toprak ve Su Kirlenmesi: Tuz toprağa ve yeraltı sularına sızarak su kaynaklarını kirletebilir, bitkilere ve yaban hayatına zarar verebilir.
Korozyon: Buz çözme için kullanılan tuz, köprüler, araçlar ve binalar gibi altyapıyı korozyona uğratarak bakım maliyetlerinin artmasına ve kullanım ömrünün azalmasına neden olabilir.
Bitki Hasarı: Topraktaki yüksek tuz seviyeleri bitki köklerine zarar vererek su ve besin maddelerini emmelerini zorlaştırabilir ve potansiyel olarak bitki ölümüne yol açabilir.
Yaban Hayatına Zararlıdır: Tuz, yaban hayatını yollara çekebilir, burada araçlar tarafından çarpılabilir veya yönlerini şaşırıp kaybolabilirler.
Sucul Yaşam için Zararlıdır: Tuz akarsulara ve nehirlere girdiğinde, özellikle balıklar ve su kimyasındaki değişikliklere duyarlı diğer türler olmak üzere sucul yaşama zarar verebilir.
