- Substancje higroskopijne
- Współczynnik rozszerzalności higroskopijnej
- Higrometr
- RH
- Wilgotność właściwa
- - Przykład 2 (eksperyment domowy)
- Bibliografia
Higroskopijność jest właściwością posiadane przez niektóre substancje absorbujące lub cząsteczek usuwają wodę z lub do otoczenia. Substancja higroskopijna ma zdolność pochłaniania (lub wydalania) pary wodnej z otaczającego ją powietrza, aż do osiągnięcia określonej wilgotności równowagowej lub nasycenia substancji.
Każda substancja ma charakterystyczną równowagę wilgotności. Kiedy środowisko ma taki stopień wilgotności, szybkość, z jaką substancja wychwytuje cząsteczki wody w środowisku, jest równa liczbie uwolnionych cząsteczek.
Rysunek 1. Żel krzemionkowy jest uważany za substancję higroskopijną. Źródło: Pixabay.
Z kolei wilgotność powietrza wynika z parowania atmosferycznej pary wodnej z różnych źródeł, takich jak m. In. Morze, rzeki, woda gruntowa, oddychanie i transpiracja roślin i zwierząt.
Ilość cząsteczek pary zatrzymanych w powietrzu zależy od temperatury powietrza. Im wyższa temperatura, tym większe zatrzymywanie cząsteczek wody w powietrzu. Ale jeśli wilgotność otoczenia jest wyższa od wilgotności równowagowej pewnego materiału, wówczas materiał będzie zbierał cząsteczki wody z otoczenia.
Materiały i substancje o niskiej wilgotności równowagowej są stosowane jako osuszacze pokojowe, tak jest w przypadku żelu krzemionkowego pokazanego na rysunku 1 i chlorku wapnia.
Substancje higroskopijne
Substancje, które wychwytują parę wodną z powietrza lub otaczającej je cieczy, są substancjami higroskopijnymi i, jak powiedzieliśmy, są stosowane jako środki osuszające środowisko.
Jeśli chodzi o mechanizm działania substancji higroskopijnych, istnieją zasadniczo dwa typy:
- Cząsteczki wody są uwięzione w strukturze krystalicznej substancji, bez reakcji chemicznej z nią.
- zachodzi reakcja chemiczna między cząsteczkami wody a daną substancją.
W pierwszym przypadku występuje siarczan sodu, natomiast w drugim przypadku metale alkaliczne i wodorki, które silnie reagują z wodą.
Inne substancje lub materiały higroskopijne to:
-Papier
-Włókna bawełniane
-Drewno
-Cukier
-Kochanie
-Niektóre alkohole, takie jak etanol i metanol
-Sprzedaż, taka jak wodorotlenek sodu, chlorek wapnia, chlorek sodu.
Niektóre substancje higroskopijne, takie jak sole, cukier czy miód, mają tendencję do rozpuszczania się w wodzie, którą wchłaniają. Substancja, która rozpuszcza się w pobranej wodzie, nazywana jest substancją rozpływającą się.
Współczynnik rozszerzalności higroskopijnej
Materiały lub substancje zatrzymujące wilgoć mogą się rozszerzać, powodując w tym przypadku naprężenia lub naprężenia w otaczających materiałach. Tak jest w przypadku starych baterii, które wychwytują wilgoć z otoczenia, rozszerzając się i rozrywając opakowanie.
Inny podobny przypadek ma miejsce w przypadku laminowanych okładek książek, które składają się z tekturowej strony, która pochłania wilgoć, podczas gdy folia plastikowa nie. W bardzo wilgotnym środowisku karton pochłania wodę i rozszerza się, powodując opadanie wieczka na zewnątrz.
Charakterystyka opisana w poprzednim akapicie, polegająca na różnicowej dylatacji przez uwodnienie dwóch różnych materiałów, została wykorzystana do budowy przyrządów do pomiaru wilgotności środowiska, takich jak higrometr.
Higrometr
Higrometr to przyrząd służący do pomiaru wilgotności otoczenia. Przyrządy przeznaczone do tego celu dokonują pośredniego pomiaru wilgotności otoczenia.
Na przykład może to być zmiana mechaniczna spowodowana pochłanianiem wilgoci przez substancję, która służy jako czujnik.
Rysunek 2. Dwuwarstwowy higrometr spiralny (metal - papier impregnowany solą). Źródło: Wikimedia Commons.
Pojemność elektryczna dwóch metalowych płyt oddzielonych powietrzem może się nieznacznie zmienić ze względu na wahania wilgotności otoczenia.
Oporność elektryczna niektórych materiałów może być również wrażliwa na zmiany wilgotności otoczenia. To właśnie te właściwości są wykorzystywane jako czujniki wilgotności.
Istnieje szczególny rodzaj higrometru zwany psychrometrem, który oblicza wilgotność na podstawie różnicy temperatur dwóch termometrów: jednego z termometrem suchym, a drugiego z termometrem mokrym.
RH
Higrometry na ogół mierzą wilgotność względną powietrza. Definiuje się to jako iloraz wilgotności powietrza podzielonej przez wilgotność powietrza nasyconego i pomnożonej przez 100. Dlatego wilgotność względną dogodnie wyraża się w procentach.
Wzór pozwalający na określenie wilgotności względnej jest następujący:
W tym wyrażeniu Pv to prężność pary, a Pvs to prężność pary nasyconej.
Aby upewnić się, że powietrze jest nasycone parą wodną, sprawdza się punkt rosy. Polega to na obniżeniu temperatury do takiego punktu, że powietrze nie wpuszcza większej ilości pary wodnej i zaczyna kondensować na zimnych przedmiotach, takich jak metale i szkło.
Pomiar wilgotności w punkcie rosy wynosi 100% na skali wilgotności względnej.
Wilgotność właściwa
Kolejną bardzo przydatną wielkością jest wilgotność właściwa. Jest definiowana jako liczba gramów pary wodnej na 1000 gramów wilgotnego powietrza i do jej określenia stosuje się następującą zależność:
- Przykład 2 (eksperyment domowy)
Poniższy eksperyment jest praktyczną i wizualną demonstracją higroskopijności drewna, to znaczy jego zdolności do wchłaniania wody oraz wytwarzania rozszerzalności i sił.
Weź pięć drewnianych wykałaczek i podziel je na pół, ale bez całkowitego oddzielania. Następnie są ułożone w okrąg, tak jak pokazano na poniższym rysunku:
Ryc. 3. Wstępne ułożenie suchych i połamanych wykałaczek na środku. Źródło: raulexperimentos.blogspot.com
Kropla wody jest umieszczona na środku. Gdy tylko kropla wody wpadnie na środek ułożenia drewnianych patyczków, ma tendencję do rozszerzania się w wyniku adsorpcji (nie mylić z wchłanianiem) wody przez włókna drewna.
W krótkim czasie drewno wydaje się ożywać dzięki stopniowemu rozszerzaniu i po około 1 minucie rezultat jest taki jak na poniższym rysunku.
Rysunek 4. Ostateczne rozmieszczenie wykałaczek z powodu adsorpcji wilgoci. Źródło: raulexperimentos.blogspot.com
Bibliografia
- Biostudy. 2 klawisze z naturalnych materiałów. Higroskopijność i dyfuzja pary. Odzyskany z: mirencaballerobioestudio.com
- rauleksperymenty. Drewno, anizotropia i higroskopia: rodzi się gwiazda. Odzyskany z: raulexperimentos.blogspot.com
- TIS. Higroskopijność / zaskakujące zachowanie. Odzyskany z: tis-gdv.de
- Wikipedia. Higrometr. Odzyskany z: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Higroskopijność. Odzyskany z: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Absolutna wilgotność. Odzyskany z: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Wilgotność powietrza. Odzyskany z: es.wikipedia.com
- Wikipedia. RH. Odzyskany z: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Higroskopia. Odzyskany z: en.wikipedia.com