- substàncies higroscòpiques
- Coeficient d'expansió higroscòpica
- l'higròmetre
- humitat relativa
- humitat específica
- - Exemple 2 (Experiment casolà)
- referències
La higroscopicitat és la propietat que tenen algunes substàncies d'absorbir o expulsar molècules d'aigua cap, o des de l'ambient circumdant. Una substància higroscòpica té la capacitat d'absorbir (o expulsar) vapor d'aigua de l'aire al seu voltant, fins que s'arribi a certa humitat d'equilibri o fins que la substància es saturi.
Cada substància té una humitat d'equilibri característica. Quan l'ambient té aquest grau d'humitat, la velocitat amb la qual la substància captura molècules ambientals d'aigua, iguala la quantitat de molècules alliberades.
Figura 1. El silica gel de sílice es considera una substància higroscòpica. Font: Pixabay.
Per la seva banda, la humitat de l'aire es deu a el vapor d'aigua atmosfèric procedent de l'evaporació de diverses fonts com el mar, els rius, l'aigua en el sòl, la respiració i transpiració de plantes i animals, entre altres fonts.
La quantitat de molècules de vapor retingudes en l'aire depèn de la temperatura de la mateixa. A major temperatura, major retenció de molècules d'aigua en l'aire. Però si la humitat ambiental està per sobre de la humitat d'equilibri de cert material, llavors el material captarà molècules d'aigua de l'ambient.
Els materials i substàncies que tenen una humitat d'equilibri baixa són usades com assecadors d'ambient, aquest és el cas de la sílica gel mostrada a la figura 1 i de el clorur de calci.
substàncies higroscòpiques
Les substàncies que capten el vapor d'aigua de l'aire o de el líquid que les envolta són les substàncies higroscòpiques i són emprades com dessecants ambientals, tal com hem dit.
Pel que fa a el mecanisme d'acció de les substàncies higroscòpiques, bàsicament hi ha dos tipus:
-Les molècules d'aigua queden atrapades en l'estructura cristal·lina de la substància, sense reaccionar químicament amb la mateixa.
-Es produeix una reacció química entre les molècules d'aigua i la substància en qüestió.
En el primer cas hi ha el sulfat de sodi, mentre que en el segon cas es troben els metalls alcalins i els hidrurs, que reaccionen fortament amb l'aigua.
Altres substàncies o materials higroscòpics són:
-Paper
-Fibres de cotó
-Fusta
-Sucre
-mel
-Alguns alcohols com l'etanol i el metanol
-Sals com l'hidròxid de sodi, clorur de calci, clorur de sodi.
Algunes de les substàncies higroscòpiques tendeixen a dissoldre en l'aigua que absorbeixen, com és el cas de les sals, de l'sucre o de la mel. Una substància que es dissol en l'aigua captada per ella mateixa és cridada substància deliqüescent.
Coeficient d'expansió higroscòpica
Els materials o substàncies que capten la humitat poden expandir-se, en aquest cas causen esforços o tensions en els materials circumdants. Tal el cas de les bateries velles que capten la humitat ambiental, dilatant-se i rebentant el seu embolcall.
Un altre cas similar passa amb les tapes plastificades dels llibres, que consten d'una cara de cartolina que absorbeix la humitat, mentre que la pel·lícula plàstica no ho fa. En un ambient molt humit la cartolina absorbeix aigua i es dilata, resultant que la tapa es corda cap a fora.
La descrit en el paràgraf anterior, de la dilatació diferencial per hidratació de dos materials diferents, ha estat aprofitada per a la construcció d'instruments per mesurar la humitat ambiental, com ara l'higròmetre.
l'higròmetre
L'higròmetre és l'instrument usat per mesurar la humitat ambiental. Els instruments dissenyats amb aquesta finalitat fan un mesurament indirecta de la humitat ambient.
Per exemple pot ser una variació mecànica causa de l'absorció d'humitat per part de la substància que serveix de sensor.
Figura 2. Higròmetre de bobina espiral de doble capa (metall - paper impregnat en sal). Font: Wikimedia Commons.
La capacitat elèctrica de dues plaques metàl·liques separades per aire pot canviar lleument, a causa de les variacions d'humitat en el medi ambient.
La resistivitat elèctrica de certs materials també pot ser sensible als canvis d'humitat ambiental. Són aquestes propietats les que s'utilitzen com a sensors d'humitat.
Hi ha un tipus particular de higròmetre denominat psicròmetre que calcula la humitat basat en la diferència de temperatures de dos termòmetres: un d'ells amb el bulb sec i l'altre amb el bulb humit.
humitat relativa
Els higròmetres generalment mesuren la humitat relativa de l'aire. Aquesta es defineix com el quocient entre la humitat de l'aire dividit entre la humitat de l'aire saturat i multiplicada per 100. Per tant la humitat relativa s'expressa convenientment en forma percentual.
Una fórmula que permet la determinació de la humitat relativa és la següent:
En aquesta expressió Pv és la pressió de vapor i PVS la pressió de vapor de saturació.
Per assegurar que l'aire està saturat de vapor d'aigua, es busca el punt de rosada. Això consisteix en disminuir la temperatura fins al punt que l'aire no admet més vapor d'aigua i comença a condensar sobre els objectes freds com metalls i vidres.
La mesura de la humitat en el punt de rosada és de l'100% en l'escala d'humitat relativa.
humitat específica
Una altra magnitud molt útil és la humitat específica. Es defineix com la quantitat de grams de vapor d'aigua per cada 1000 grams d'aire humit i per a determinar-s'usa la següent relació:
- Exemple 2 (Experiment casolà)
El següent experiment és una demostració pràctica i visual de la higroscopicitat de la fusta, és a dir de la seva capacitat d'absorbir aigua i produir dilatació i forces.
Es prenen 5 escuradents de fusta i es parteixen a la meitat, però sense que se separin completament. Després es disposen en un cercle com el que es mostra a la figura següent:
Figura 3. Disposició inicial de l'escuradents secs i trencats en el seu centre. Font: raulexperimentos.blogspot.com
Se li col·loca una gota d'aigua al centre. Tan aviat cau la gota d'aigua al centre de l'arranjament de palets de fusta, la mateixa tendeix a expandir-se a causa de l'adsorció (no confondre amb absorció) de l'aigua a través de les fibres de la fusta.
En poc temps la fusta sembla cobrar vida a causa dels seus expansió gradual i després d'aproximadament 1 minut, el resultat és com el que es veu en la següent figura.
Figura 4. Disposició final dels escuradents deguts a l'adsorció d'humitat. Font: raulexperimentos.blogspot.com
referències
- Bioestudio. 2 claus dels materials naturals. Higroscopicitat i difusió de vapor. Recuperat de: mirencaballerobioestudio.com
- raulexperimentos. Fusta, anisotropia i higroscopia: neix una estrella. Recuperat de: raulexperimentos.blogspot.com
- TIS. Hygroscopicity / Sorption behavior. Recuperat de: tis-gdv.de
- Wikipedia. Higròmetre. Recuperat de: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Higroscopicitat. Recuperat de: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Humitat absoluta. Recuperat de: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Humitat de l'aire. Recuperat de: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Humitat relativa. Recuperat de: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Hygroscopy. Recuperat de: en.wikipedia.com