HYGROSKOPICITET: KONCEPT, HYGROSKOPISKA ÄMNEN, EXEMPEL - FYSISK - 2025

Den hygroskopicitet är egenskapen besatt av vissa ämnen absorberar eller utvisa vattenmolekyler till eller från den omgivande miljön. En hygroskopisk substans har förmågan att absorbera (eller utdriva) vattenånga från luften runt den, tills en viss jämviktfuktighet uppnås eller tills ämnet blir mättat.

Varje ämne har en karakteristisk jämviktsfuktighet. När miljön har denna fuktighetsgrad, är hastigheten med vilken ämnet fångar miljömolekyler av vatten lika med antalet frigjorda molekyler.

Figur 1. Silikagel anses vara en hygroskopisk substans. Källa: Pixabay.

För sin del beror luftfuktighet på atmosfärisk vattenånga från förångning från olika källor som havet, floder, vatten i marken, andning och transpiration av växter och djur, bland andra källor.

Mängden ångmolekyler kvar i luften beror på lufttemperaturen. Ju högre temperatur, desto större kvarhållning av vattenmolekyler i luften. Men om den omgivande fuktigheten är över jämviktsfuktigheten för ett visst material, kommer materialet att hämta vattenmolekyler från miljön.

Material och ämnen med låg jämviktsfuktighet används som rumstorkare, detta är fallet med kiseldioxidgeln som visas i figur 1 och för kalciumklorid.

Hygroskopiska ämnen

De ämnen som fångar vattenångan från luften eller vätskan som omger dem är hygroskopiska ämnen och används som miljö-torkmedel, som vi har sagt.

Beträffande mekanismens verkan för hygroskopiska ämnen finns det i princip två typer:

-Vattenmolekylerna är fångade i ämnets kristallstruktur utan att reagera kemiskt med den.

-En kemisk reaktion inträffar mellan vattenmolekylerna och ämnet i fråga.

I det första fallet finns natriumsulfat, medan det i det andra fallet finns alkalimetaller och hydrider, som reagerar starkt med vatten.

Andra hygroskopiska ämnen eller material är:

-Papper

-Kattfibrer

-Trä

-Socker

-Honung

-Vissa alkoholer som etanol och metanol

-Försäljning som natriumhydroxid, kalciumklorid, natriumklorid.

Vissa av de hygroskopiska ämnena tenderar att lösa upp i vattnet de absorberar, såsom salter, socker eller honung. Ett ämne som upplöses i vattnet som tas upp i sig kallas ett deliquescerande ämne.

Koefficient för hygroskopisk expansion

Material eller ämnen som fångar fukt kan expandera, i detta fall orsaka spänningar eller påkänningar på omgivande material. Så är fallet med gamla batterier som fångar upp omgivningens fuktighet, som expanderar och spricker sina förpackningar.

Ett annat liknande fall inträffar med de laminerade omslagen till böcker, som består av en kartong som absorberar fukt, medan plastfilmen inte gör det. I en mycket fuktig miljö absorberar kartongen vatten och expanderar, vilket resulterar i att locket sjunker utåt.

Egenskaperna som beskrivs i föregående stycke, för differentiell utspädning genom hydrering av två olika material, har använts för konstruktion av instrument för att mäta miljöfuktighet, såsom hygrometer.

Hygrometern

Hygrometern är det instrument som används för att mäta omgivningens fuktighet. Instrument konstruerade för detta ändamål gör en indirekt mätning av omgivningens fuktighet.

Till exempel kan det vara en mekanisk variation på grund av absorptionen av fukt från ämnet som fungerar som en sensor.

Bild 2. Bilayer spiralspolehygrometer (metall - papper impregnerat med salt). Källa: Wikimedia Commons.

Den elektriska kapaciteten hos två metallplattor separerade med luft kan förändras något på grund av variationer i fuktighet i miljön.

Den elektriska resistiviteten hos vissa material kan också vara känslig för förändringar i omgivningsfuktigheten. Det är dessa egenskaper som används som fuktighetssensorer.

Det finns en viss typ av hygrometer som kallas en psykrometer som beräknar luftfuktighet baserat på temperaturskillnaden mellan två termometrar: en med torrlampan och den andra med våtlampan.

RH

Hygrometrar mäter generellt luftens relativa luftfuktighet. Detta definieras som kvoten mellan luftens fuktighet dividerat med fuktigheten i den mättade luften och multipliceras med 100. Därför uttrycks den relativa fuktigheten bekvämt i procent.

En formel som möjliggör bestämning av relativ luftfuktighet är följande:

I detta uttryck är Pv ångtrycket och Pvs mättnadsångtrycket.

För att säkerställa att luften är mättad med vattenånga söks daggpunkten. Detta består av att sänka temperaturen till en sådan punkt att luften inte tillåter mer vattenånga och börjar kondensera på kalla föremål som metaller och glas.

Fuktighetsmätningen vid daggpunkten är 100% på den relativa fuktighetsskalan.

Specifik luftfuktighet

En annan mycket användbar mängd är den specifika fuktigheten. Det definieras som antalet gram vattenånga per 1000 gram fuktig luft och följande förhållande används för att bestämma det:

- Exempel 2 (Hemexperiment)

Följande experiment är en praktisk och visuell demonstration av hygroskopiciteten hos trä, det vill säga dess förmåga att absorbera vatten och producera expansion och krafter.

Ta fem tandpetare av trä och dela dem i hälften, men utan att separera dem helt. De är sedan ordnade i en cirkel som den som visas i följande figur:

Bild 3. Inledande arrangemang av de torra och trasiga tandpetarna i deras centrum. Källa: raulexperimentos.blogspot.com

En droppe vatten placeras i mitten. Så snart droppen av vatten faller i mitten av arrangemanget av träpinnar, tenderar den att expandera på grund av adsorptionen (för att inte förväxlas med absorptionen) av vattnet genom träens fibrer.

På kort tid verkar träet komma till liv på grund av dess gradvisa expansion och efter cirka 1 minut är resultatet som framgår av följande figur.

Bild 4. Slutlig disposition av tandpetare på grund av fuktadsorption. Källa: raulexperimentos.blogspot.com

referenser

1. Biostudy. 2 nycklar med naturliga material. Hygroskopicitet och ångdiffusion. Återställd från: mirencaballerobioestudio.com
2. raulexperiments. Trä, anisotropi och hygroskopi: en stjärna föds. Återställd från: raulexperimentos.blogspot.com
3. TIS. Hygroskopicitet / överraskande beteende. Återställd från: tis-gdv.de
4. Wikipedia. Hygrometer. Återställd från: es.wikipedia.com
5. Wikipedia. Hygroskopicitet. Återställd från: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Absolut luftfuktighet. Återställd från: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Luftfuktighet. Återställd från: es.wikipedia.com
8. Wikipedia. RH. Återställd från: es.wikipedia.com
9. Wikipedia. Hygroskopi. Återställd från: en.wikipedia.com