IGROSCOPICITATE: CONCEPT, SUBSTANȚE HIGROSCOPICE, EXEMPLE - FIZIC - 2025

Higroscopic este proprietatea posedată de anumite substanțe absorb sau moleculele de apă expulza spre sau din mediul înconjurător. O substanță higroscopică are capacitatea de a absorbi (sau expulza) vaporii de apă din aerul din jurul ei, până când se ajunge la o anumită umiditate de echilibru sau până când substanța devine saturată.

Fiecare substanță are o umiditate caracteristică de echilibru. Atunci când mediul are acest grad de umiditate, viteza cu care substanța captează molecule de apă din mediu este egală cu numărul de molecule eliberate.

Figura 1. Gelul de silice este considerat o substanță igroscopică. Sursa: Pixabay.

La rândul său, umiditatea aerului se datorează vaporilor de apă atmosferici din evaporarea din diverse surse, cum ar fi marea, râurile, apa din sol, respirația și transpirația plantelor și animalelor, printre alte surse.

Cantitatea de molecule de vapori reținute în aer depinde de temperatura aerului. Cu cât temperatura este mai ridicată, cu atât este mai mare retenția moleculelor de apă în aer. Dar dacă umiditatea ambientală este peste umiditatea de echilibru a unui anumit material, atunci materialul va ridica molecule de apă din mediu.

Materiale și substanțe cu umiditate redusă la echilibru sunt utilizate ca uscătoare de cameră, acesta este cazul gelului de silice prezentat în figura 1 și a clorurii de calciu.

Substanțe higroscopice

Substanțele care captează vaporii de apă din aer sau lichidul care îi înconjoară sunt substanțe higroscopice și sunt folosite ca desicantele de mediu, așa cum am spus mai sus.

În ceea ce privește mecanismul de acțiune al substanțelor higroscopice, există în principiu două tipuri:

-Moleculele de apă sunt prinse în structura cristalină a substanței, fără a reacționa chimic cu ea.

-O reacție chimică are loc între moleculele de apă și substanța în cauză.

În primul caz există sulfat de sodiu, în timp ce în al doilea caz există metale alcaline și hidride, care reacționează puternic cu apa.

Alte substanțe sau materiale igroscopice sunt:

-Hârtie

-Fibre de coton

-Lemn

-Zahăr

-Miere

-Unii alcooli cum ar fi etanolul și metanolul

-Vânzări precum hidroxid de sodiu, clorură de calciu, clorură de sodiu.

Unele dintre substanțele higroscopice tind să se dizolve în apa pe care o absorb, cum ar fi săruri, zahăr sau miere. O substanță care se dizolvă în apa preluată de ea însăși se numește substanță delicată.

Coeficient de expansiune higroscopică

Materialele sau substanțele care captează umiditatea se pot extinde, în acest caz provocând tensiuni sau tulpini asupra materialelor din jur. Acesta este cazul bateriilor vechi care captează umiditatea ambientală, extinzând și explozând ambalajul.

Un alt caz similar apare cu copertele laminate ale cărților, care constau dintr-o față de carton care absoarbe umezeala, în timp ce filmul din plastic nu. Într-un mediu foarte umed, cartonul absoarbe apa și se extinde, ceea ce duce la scăderea capacului spre exterior.

Caracteristica descrisă în paragraful anterior, a dilatării diferențiale prin hidratare a două materiale diferite, a fost utilizată pentru construcția de instrumente pentru măsurarea umidității mediului, cum ar fi higrometrul.

Igrometrul

Igrometrul este instrumentul utilizat pentru măsurarea umidității mediului. Instrumentele proiectate în acest scop fac o măsurare indirectă a umidității mediului.

De exemplu, poate fi o variație mecanică datorată absorbției umidității de către substanța care servește ca senzor.

Figura 2. Igrometru cu spirală cu două straturi (metal - hârtie impregnată cu sare). Sursa: Wikimedia Commons.

Capacitatea electrică a două plăci metalice separate prin aer se poate modifica ușor, din cauza variațiilor umidității din mediu.

Rezistivitatea electrică a anumitor materiale poate fi, de asemenea, sensibilă la schimbările de umiditate ambientală. Aceste proprietăți sunt utilizate ca senzori de umiditate.

Există un anumit tip de higrometru numit psiometru care calculează umiditatea pe baza diferenței de temperatură a două termometre: unul cu becul uscat și celălalt cu becul umed.

RH

Igrometrele măsoară în general umiditatea relativă a aerului. Acesta este definit ca coeficientul dintre umiditatea aerului împărțit la umiditatea aerului saturat și înmulțit cu 100. Prin urmare, umiditatea relativă este exprimată în mod convenabil în procente.

O formulă care permite determinarea umidității relative este următoarea:

În această expresie Pv este presiunea de vapori și Pvs presiunea de vapori de saturație.

Pentru a vă asigura că aerul este saturat de vapori de apă, este căutat punctul de rouă. Aceasta constă în reducerea temperaturii la un astfel de punct încât aerul nu admite mai mulți vapori de apă și începe să se condenseze pe obiecte reci, cum ar fi metalele și sticla.

Măsurarea umidității în punctul de rouă este 100% pe scara umidității relative.

Umiditate specifică

O altă cantitate foarte utilă este umiditatea specifică. Este definit ca numărul de grame de vapori de apă la 1000 grame de aer umed și următoarea relație este utilizată pentru a determina:

- Exemplul 2 (experiment de casă)

Următorul experiment este o demonstrație practică și vizuală a higroscopicității lemnului, adică a capacității sale de a absorbi apa și de a produce expansiune și forțe.

Luați cinci scobitori de lemn și rupeți-le în jumătate, dar fără a le separa complet. Acestea sunt apoi aranjate într-un cerc precum cel arătat în figura următoare:

Figura 3. Dispunerea inițială a scobitoarelor uscate și rupte în centrul lor. Sursa: raulexperimentos.blogspot.com

O picătură de apă este plasată în centru. De îndată ce picătura de apă cade în centrul aranjamentului de bastoane de lemn, aceasta tinde să se extindă din cauza adsorbției (nu trebuie confundată cu absorbția) apei prin fibrele lemnului.

Într-un timp scurt, lemnul pare să prindă viață datorită expansiunii sale treptate și după aproximativ 1 minut, rezultatul este așa cum se vede în figura următoare.

Figura 4. Dispunerea finală a scobitori din cauza adsorbției de umiditate. Sursa: raulexperimentos.blogspot.com

Referințe

1. Biostudiu. 2 chei din materiale naturale. Igroscopicitate și difuzie de vapori. Recuperat de la: mirencaballerobioestudio.com
2. raulexperiments. Lemn, anizotropie și higroscopie: se naște o stea. Recuperat de la: raulexperimentos.blogspot.com
3. TIS. Igroscopicitate / comportament surprinzător. Recuperat din: tis-gdv.de
4. Wikipedia. Higrometru. Recuperat din: es.wikipedia.com
5. Wikipedia. Higroscopicitate. Recuperat din: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Umiditate absolută. Recuperat din: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Umiditatea aerului. Recuperat din: es.wikipedia.com
8. Wikipedia. RH. Recuperat din: es.wikipedia.com
9. Wikipedia. Higroscopicitate. Recuperat din: en.wikipedia.com