HYGROSKOPICITET: KONCEPT, HYGROSKOPISKE STOFFER, EKSEMPLER - FYSISK - 2025

Den hygroskopicitet er egenskaben besat af visse stoffer absorberer eller ekskludere vandmolekyler til eller fra det omgivende miljø. Et hygroskopisk stof har evnen til at absorbere (eller udvise) vanddamp fra luften omkring det, indtil en bestemt ligevægtfugtighed er nået, eller indtil stoffet bliver mættet.

Hvert stof har en karakteristisk ligevægtfugtighed. Når miljøet har denne fugtighedsgrad, svarer den hastighed, hvormed stoffet fanger miljømolekyler af vand, til antallet af frigjorte molekyler.

Figur 1. Silicagel betragtes som et hygroskopisk stof. Kilde: Pixabay.

På sin side skyldes luftfugtighed atmosfærisk vanddamp fra fordampning fra forskellige kilder såsom havet, floder, vand i jorden, respiration og transpiration af planter og dyr, blandt andre kilder.

Mængden af ​​dampmolekyler, der tilbageholdes i luften, afhænger af lufttemperaturen. Jo højere temperatur, jo større er tilbageholdelsen af ​​vandmolekyler i luften. Men hvis den omgivende fugtighed er over ligevægtsfugtigheden i et bestemt materiale, henter materialet vandmolekyler fra miljøet.

Materialer og stoffer, der har en lav balance i fugtighed, bruges som tørretumbler, dette er tilfældet med silicagel vist i figur 1 og for calciumchlorid.

Hygroskopiske stoffer

De stoffer, der fanger vanddampen fra luften eller væsken, der omgiver dem, er hygroskopiske stoffer og bruges som miljøtørringsstoffer, som vi har sagt.

Hvad angår virkningsmekanismen for hygroskopiske stoffer, er der dybest set to typer:

-Vandmolekylerne er fanget i stoffets krystallinske struktur uden at reagere kemisk med det.

-Den kemiske reaktion finder sted mellem vandmolekylerne og det aktuelle stof.

I det første tilfælde er der natriumsulfat, mens der i det andet er alkalimetaller og hydrider, der reagerer stærkt med vand.

Andre hygroskopiske stoffer eller materialer er:

-Papir

-Cotton fibre

-Træ

-Sukker

-Honning

-Nogle alkoholer såsom ethanol og methanol

-Salg såsom natriumhydroxid, calciumchlorid, natriumchlorid.

Nogle af de hygroskopiske stoffer har en tendens til at opløses i det vand, de absorberer, såsom salte, sukker eller honning. Et stof, der opløses i selve vandet, kaldes et deliquescerende stof.

Koefficient for hygroskopisk ekspansion

Materialer eller stoffer, der fanger fugt, kan ekspandere, i dette tilfælde forårsage spændinger eller belastninger på de omgivende materialer. Dette er tilfældet med gamle batterier, der fanger luftens fugtighed, som udvider og sprænger deres emballage.

Et andet lignende tilfælde forekommer med de laminerede omslag til bøger, der består af en papflade, der absorberer fugt, mens plastfolien ikke gør det. I et meget fugtigt miljø absorberer papen vand og udvides, hvilket resulterer i, at låget falder udad.

Den karakteristik, der er beskrevet i det foregående afsnit, for differentiel udvidelse ved hydratisering af to forskellige materialer, er blevet brugt til konstruktion af instrumenter til måling af miljøfugtighed, såsom hygrometer.

Hygrometer

Hygrometeret er det instrument, der bruges til at måle den omgivende fugtighed. Instrumenter designet til dette formål foretager en indirekte måling af den omgivende fugtighed.

For eksempel kan det være en mekanisk variation på grund af absorptionen af ​​fugtighed af det stof, der tjener som en sensor.

Figur 2. Bilayer spiral spiralhygrometer (metalpapir imprægneret med salt). Kilde: Wikimedia Commons.

Den elektriske kapacitet på to metalplader, der er adskilt af luft, kan ændre sig lidt på grund af variationer i fugtighed i miljøet.

Den elektriske resistivitet for visse materialer kan også være følsom over for ændringer i den omgivende fugtighed. Det er disse egenskaber, der bruges som fugtighedsfølere.

Der er en bestemt type hygrometer kaldet en psykrometer, der beregner fugtighed baseret på forskellen i temperatur på to termometre: den ene med den tørre pære og den anden med den våde pære.

RH

Hygrometre måler generelt luftens relative fugtighed. Dette defineres som kvoten mellem luftens fugtighed divideret med fugtigheden i den mættede luft og ganget med 100. Derfor udtrykkes den relative fugtighed bekvemt som en procentdel.

En formel, der tillader bestemmelse af relativ fugtighed, er følgende:

I dette udtryk er Pv damptrykket og Pvs mætningsdamptrykket.

For at sikre, at luften er mættet med vanddamp, søges dugpunktet. Dette består i at reducere temperaturen til et sådant punkt, at luften ikke får adgang til mere vanddamp og begynder at kondensere på kolde genstande som metaller og glas.

Fugtighedsmåling ved dugpunktet er 100% på den relative fugtighedsskala.

Specifik fugtighed

En anden meget nyttig mængde er den specifikke fugtighed. Det defineres som antallet af gram vanddamp pr. 1000 gram fugtig luft, og følgende forhold anvendes til at bestemme det:

- Eksempel 2 (Hjemmeeksperiment)

Det følgende eksperiment er en praktisk og visuel demonstration af hygroskopicitet af træ, dvs. dets evne til at absorbere vand og producere ekspansion og kræfter.

Tag fem tandstikker af træ, og del dem i to, men uden at adskille dem helt. De er derefter arrangeret i en cirkel som den, der er vist i følgende figur:

Figur 3. Første arrangement af de tørre og ødelagte tandstikker i deres centrum. Kilde: raulexperimentos.blogspot.com

En dråbe vand placeres i midten. Så snart dråben af ​​vand falder i midten af ​​arrangementet af træpinde, har den en tendens til at udvide sig på grund af adsorptionen (ikke at forveksle med absorption) af vandet gennem fibrene i træet.

På kort tid synes træet at komme til liv på grund af dets gradvise udvidelse, og efter cirka 1 minut er resultatet som det ses i følgende figur.

Figur 4. Endelig bortskaffelse af tandstikkere på grund af fugtadsorption. Kilde: raulexperimentos.blogspot.com

Referencer

1. Biostudy. 2 nøgler af naturlige materialer. Hygroskopicitet og dampdiffusion. Gendannes fra: mirencaballerobioestudio.com
2. raulexperiments. Træ, anisotropi og hygroskopi: en stjerne fødes. Gendannes fra: raulexperimentos.blogspot.com
3. TIS. Hygroskopicitet / overraskende opførsel. Gendannes fra: tis-gdv.de
4. Wikipedia. Hygrometer. Gendannet fra: es.wikipedia.com
5. Wikipedia. Hygroskopiske. Gendannet fra: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Absolut fugtighed. Gendannet fra: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Luftfugtighed. Gendannet fra: es.wikipedia.com
8. Wikipedia. RH. Gendannet fra: es.wikipedia.com
9. Wikipedia. Hygroskopi. Gendannet fra: en.wikipedia.com