معرفی مواد شیمیایی که برای تولید ضد یخ استفاده میشود

ضد‌یخ به آن دسته از مواد شیمیایی گفته می‌شود که نه تنها یخ‌زدایی می‌کنند، بلکه روی سطح باقی می‌مانند و در مدت معینی از دوباره یخ زدن جلوگیری می‌کنند. همچنین مانع چسبیدن اجسام به یخ می‌شود. ما در این مقاله به معرفی مواد شیمیایی که برای تولید ضد یخ استفاده می‌شود می‌پردازیم و همچنین در خصوص کاربردهای ضدیخ در صنایع مختلف  توضیح می‌دهیم.

ضدیخ‌های شیمیایی چگونه عمل می‌کنند؟

برای این که بدانیم مواد شیمیایی که برای تولید ضدیخ استفاده می‌شود چه موادی هستند، باید به کاربرد ضدیخ توجه کنیم. همه ضدیخ‌های شیمیایی مکانیسم مشترکی دارند. آن‌ها از نظر شیمیایی از اتصال مولکول‌های آب در دماهای زیر صفر درجه سانتی‌گراد (نقطه انجماد آب) جلوگیری می‌کند. گاهی اوقات یک واکنش گرمازا در ضدیخ‌ها باعث می‌شود که این محلول‌ها قدرت ذوب قوی‌تری داشته باشند.

مواد افزودنی ضدیخ چیست؟

فرز و بازدارنده‌های خوردگی؛ از آنجایی که مواد افزودنی در ضدیخ اختصاصی هستند، در برگه ‌های اطلاعات ایمنی ارائه شده توسط سازنده، تنها ترکیباتی را فهرست می‌کنند که در صورت استفاده مطابق با توصیه‌های سازنده، خطرات ایمنی قابل توجهی در نظر گرفته می‌شوند. افزودنی‌های رایج عبارتند از سیلیکات سدیم، دی‌سدیم فسفات، سدیم مولیبدات، سدیم بورات، بنزوات دناتونیوم و دکسترین.

رنگ دی‌سدیم فلورسین به فرمول‌های معمولی اتیلن گلیکول اضافه می‌شود تا مقادیر نشت‌ شده را از دیگر مایعات وسیله نقلیه تشخیص دهد، و به عنوان نشانگر نوع برای تشخیص آن از انواع ناسازگار است. این رنگ هنگامی که توسط نور آبی یا UV از نور روز یا لامپ‌های آزمایشی روشن می‌شود، سبز روشن می‌شود.

ضدیخ خودرو به دلیل افزودنی tolyltriazole که یک بازدارنده خوردگی است بوی خاصی دارد. بوی نامطبوع تولیل تریازول مصارف صنعتی ناشی از ناخالصی‌های موجود در محصول است که از ایزومرهای تولویدین (اورتو، متا و پارا تولویدین) و متا دیامینو تولوئن که محصولات جانبی در ساخت تولیل تریازول هستند، ایجاد می‌شود. این محصولات جانبی بسیار واکنش‌پذیر هستند و آمین‌های آروماتیک فرار تولید می‌کنند که مسئول بوی نامطبوع هستند.

مواد شیمیایی رایج برای تولید ضدیخ

رایج‌ترین مواد شیمیایی ضدیخ و فرمول شیمیایی معمول آن‌ها عبارت است از:

نمک‌های غیرآلی

نمک‌های غیر‌آلی یکی از رایج‌ترین ترکیبات ضدیخ‌ها هستند. به طور معمول نمک‌های غیرآلی رایج‌ترین مواد شیمیایی که برای تولید ضدیخ استفاده می‌شود هستند و به راحتی می‌توان آن‌ها را با وسایل نقلیه پخش کرد. این نمک‌ها خورنده هستند و نه تنها وسایل نقلیه بلکه سازه‌های فولادی و پل‌های بتنی را دچار زنگ‌زدگی می‌کنند. علاوه بر این، نمک‌های غیرآلی اثرات زیست‌محیطی دارند و در غلظت‌های بالا می‌توانند برای گیاهان و حیوانات مضر باشند. با افزودن این مواد به ضدیخ نقطه انجماد آب کاهش پیدا می‌کند:

• سدیم کلراید یا NaCl
• منیزیم کلراید یا MgCl₂
• کلسیم کلراید یا CaCl₂
• پتاسیم کلراید یا KCl

ترکیبات آلی

از آنجایی که استفاده از نمک در غلظت‌های بالا ممکن است اثرات زیست‌محیطی داشته باشد، امروزه ترکیبات آلی به طور فزاینده‌ای در ضدیخ‌ها به کار برده می‌شوند. مخلوط کردن ترکیبات آلی با نمکن منجر به ایجاد ضدیخی می‌شود که تا دمای منفی 34 درجه سانتی‌گراد نقطه انجماد را پایین می‌آورد.

• کلسیم منیزیم استات یا CaMg₂(CH₃COO)₆
• پتاسیم استات یا CH₃COOK
• پتاسیم فرمات یا CHO₂K
• سدیم فرمات یا HCOONa
• کلسیم فرمات یا Ca(HCOO)₂
• اوره یا CO(NH₂)₂

الکل‌ها، دی‌ال‌ها و پلی‌ال‌ها

مقادیر نسبتا کم این مواد می‌تواند بر نقطه انجماد تاثیر زیادی داشته باشد و آن را به طرز قابل توجهی کاهش دهد.

• متانول یا CH₄O
• مونو اتیلن گلایکول یا C₂H₆O₂
• پروپیلن گلایکول یا C₃H₈O₂
• گلیسرول یا C₃H₈O₃

کاربردهای ضدیخ در صنایع مختلف

صنعت حمل و نقل

یخ‌زدایی جاده‌ها به‌طور سنتی با نمک انجام می‌شد. ماشین‌های برف‌روبی مخلوطی از شن و ماسه و نمک را بر جاده‌های لغزنده پخش می‌کردند. از آنجایی که آب نمک در دمای منفی 18 درجه سانتی‌گراد یخ می‌زند، وقتی دما به این نقطه می‌رسد، نمک هیچ کمکی به یخ‌زدایی نمی‌کند. امروزه برف‌شکن‌ها از نمک‌های دیگری مانند کلسیم کلراید یا منیزیم کلراید استفاده می‌کنند که نقطه انجماد آب را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهند و واکنش گرمازا نیز ایجاد می‌کنند.

اخیرا ترکیبات آلی همراه با نمک در یخ‌زدایی استفاده می‌شود. بعضی از این ترکیبات محصولات جانبی عملیات کشاورزی مانند تصفیه چغندر قند یا فرایند تقطیر اتانول هستند. بعضی مانند کلسیم منیزیم استات از چمن‌های کنار جاده یا زباله‌های آشپزخانه ساخته شده‌اند.

صنایع هوایی

فرایند یخ‌زدایی هواپیما از بیرون شبیه سم‌پاشی یا گذر از کارواش به نظر می‌رسد. تیم‌های عملیاتی فرودگاه با یک دستگاه غول پیکر یک مایع مه‌آلود سبز یا نارنجی را به بیرون هواپیما می‌پاشند. ماده استفاده شده در بیشتر محلول‌های ضد‌یخ پروپیلن گلایکول و اتیلن گلایکول است که بسته به شرایط با آب نیز مخلوط می‌شود. ترکیبات مبتنی بر کلراید به دلیل خاصیت خورندگی آن‌ها در فرودگاه‌ها استفاده نمی‌شود. مخلوط اوره به دلیل هزینه کم برای یخ‌زدایی استفاده می‌شود؛ اما برای محیط‌زیست خطرناک است.

همچنین با مواد شیمیایی که برای تولید ضدیخ استفاده می‌شود، می‌توان یخ‌زدایی زمین‌های فرودگاه را انجام داد.

تاثیر مواد شیمیایی یخ‌زدا بر محیط‌‌زیست

نمک‌های یخ‌زدایی مانند سدیم کلراید یا کلسیم کلراید به آب‌های طبیعی نفوذ می‌کند که به شدت بر شوری آن‌ها تاثیر می‌گذارد. اتیلن گلایکول و پروپیلن گلایکول سطح اکسیژن بیوشیمیایی یا BOD را بالا می‌برند. هنگامی که پروپیلن گلایکول تجزیه می‌شود، مقادیر زیادی از اکسیژن محلول در آب مصرف می‌شود. سطح اکسیژن محلول کافی در آب‌های سطح زمین برای بقای موجودات آبزی بسیار حیاتی است. اگر غلظت اکسیژن کاهش پیدا کند، موجودات زنده در صورت امکان به مناطقی که سطح اکسیژن بالاتری دارند مهاجرت می‌کنند یا در نهایت می‌میرند. این اثر می‌تواند زیستگاه‌های آبی را در سطح کره زمین کم کند.

برخی از فرودگاه‌ها ضدیخ استفاده شده را بازیافت می‌کنند و آب را از آلاینده‌های شیمیایی جدا می‌کنند. سایر فرودگاه‌ها مجهز به تصفیه فاضلاب در محل هستند یا مایع جمع شده را به یک تصفیه‌خانه فاضلاب شهری می‌فرستند. سمی بودن مواد شیمیایی که برای تولید ضدیخ استفاده می‌شود، یکی از نگرانی‌های زیست‌محیطی است و تحقیقات جدید سعی دارند جایگزین‌هایی که سمیت کمتری دارند، جایگزین این مواد شیمیایی کنند. اوره نیز یک آلاینده است که پس از استفاده به آمونیاک تبدیل می‌شود و تا حد زیادی در فرودگاه‌ها استفاده نمی‌شود.

سوالات متداول

• بازدارنده‌های سنتی ضدیخ چیست؟

به طور سنتی، دو بازدارنده اصلی خوردگی در وسایل نقلیه استفاده می‌شد: سیلیکات‌ها و فسفات‌ها. وسایل نقلیه ساخت آمریکا به طور سنتی از سیلیکات و فسفات استفاده می‌کردند. محصولات اروپایی حاوی سیلیکات و سایر مهارکننده‌ها هستند، اما فسفات ندارند. ژاپنی‌ها به طور سنتی از فسفات‌ها و سایر مهارکننده‌‌ها استفاده می‌کنند، اما سیلیکات ندارند.

• رنگ‌های مختلف ضدیخ چه تفاوتی با هم دارند؟

به طور معمول، ضدیخ OAT حاوی رنگ نارنجی است تا آن را از خنک‌کننده‌های معمولی مبتنی بر گلیکول (سبز یا زرد) متمایز کند، اگرچه برخی از محصولات OAT ممکن است حاوی رنگ قرمز یا ارغوانی باشند. برخی از خنک‌کننده‌های OAT جدیدتر ادعا می‌کنند که با انواع خنک‌کننده‌های OAT و مبتنی بر گلیکول سازگار هستند. این‌ها معمولاً به رنگ سبز یا زرد هستند.

• بهترین ضدیخ ماشین چیست؟

آنتی‌فریزهای شیمیایی شامل موادی مثل کلسیم کلرید، الکل‌هایی مثل متانول،اتانول و۲-پروپانول، گلیسرول و گلایکول‌ها هستند. از سال 1960 تاکنون مونو‌اتیلن گلیکول به دلیل دسترسی بیشتر و همچنین عملکرد مناسب‌تر سهم بیشتری از مواد موجود در بازار را به خود اخصاص داده است. اتیلن گلایکول ضدیخ مناسب برای خنک‌کردن موتورهای احتراق داخلی است. ضدیخ‌های اتیلن گلایکول ممکن است حاوی درصد کمی دی‌اتیلن گلایکول و تری‌اتیلن گلایکول باشند. 

برای انتخاب بهترین ضدیخ ماشین توجه به نوع ماشین و شرایط دمایی مکانی که در آنجا هستید بسیار مهم است. هرچه دما سردتر باشد باید از موادی استفاده کرد که نقطه انجماد را بیشتر پایین می‌آورند و یا غلظت ضدیخ را نسبت به آب افزایش داد. 

• کاهش نقطه انجماد به چه عواملی بستگی دارد؟

کاهش نقطه انجماد بستگی به دو عامل دارد اول ویژگی‌های شیمیایی خود ماده و دوم غلظت ماده شیمیایی در آب. وقتی ماده شیمیایی به آب اضافه می‌شود تا افزودن بعدی مواد ضدیخ به آب تقلیل نقطه انجماد افزایش میابد. ویژگی‌های خنک‌کنندگی ضدیخ‌ها موجب تغییراتی در نقطه ذوب نیز می‌گردد.

جمع‌بندی

ما در این مقاله مواد شیمیایی که برای تولید ضدیخ استفاده می‌شود، معرفی کردیم و کاربردهای ماده ضدیخ را در صنایع حمل و نقل و هواپیمایی بررسی کردیم. نمک‌های غیرآلی مانند سدیم کلراید در صنایع حمل و نقل استفاده می‌شود؛ اما برای محیط‌زیست ضرر دارد. ترکیبات آلی دیگری مانند پتاسیم استات کاربردهای بیشتری دارند و برای محیط‌زیست خطری ندارند.