Conceito de higroscopicidade, substâncias higroscópicas, exemplos

O Higroscopicidade É propriedade que algumas substâncias possuem absorver ou expulsar moléculas de água ou do ambiente circundante. Uma substância higroscópica tem a capacidade de absorver (ou expulsar) o vapor de água ao seu redor, até que alguma umidade de equilíbrio seja alcançada ou até que a substância seja saturada.

Cada substância tem uma umidade de equilíbrio característica. Quando o ambiente tem esse grau de umidade, a velocidade com que a substância captura moléculas ambientais de água, é igual à quantidade de moléculas liberadas.

figura 1. Gel de sílica de sílica é considerado uma substância higroscópica. Fonte: Pixabay.

Por sua vez, a umidade do ar é devida a vapor de água atmosférica.

A quantidade de moléculas de vapor retida no ar depende de sua temperatura. A uma temperatura mais alta, maior retenção de moléculas de água no ar. Mas se a umidade ambiental estiver acima da umidade do equilíbrio de um determinado material, o material capturará moléculas de água do ambiente.

Os materiais e substâncias que têm um pouco de umidade de equilíbrio são usados ​​como secadores ambientais, este é o caso do gel siítico mostrado na Figura 1 e cloreto de cálcio.

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Substâncias higroscópicas

As substâncias que capturam o vapor de ar ou líquido de água que os cercam são substâncias higroscópicas e são usadas como dessecantes ambientais, como dissemos.

Quanto ao mecanismo de ação das substâncias higroscópicas, existem basicamente dois tipos:

-As moléculas de água estão presas na estrutura cristalina da substância, sem reagir quimicamente com ela.

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-Há uma reação química entre as moléculas de água e a substância em questão.

No primeiro caso, há sulfato de sódio, enquanto no segundo caso são metais alcalinos e hidretos, que reagem fortemente com a água.

Outras substâncias ou materiais higroscópicos são:

-Papel

-Fibras de algodão

-Madeira

-Açúcar

-Mel

-Alguns álcoois como etanol e metanol

-Sais como hidróxido de sódio, cloreto de cálcio, cloreto de sódio.

Algumas das substâncias higroscópicas tendem a se dissolver na água que absorvem, como é o caso de sais, açúcar ou mel. Uma substância que se dissolve na água capturada por si mesma é chamada substância delicada.

Coeficiente de expansão higroscópica

Os materiais ou substâncias que capturam a umidade podem ser expandidos, neste caso causam esforços ou tensões nos materiais circundantes. Esse é o caso das baterias antigas que capturam a umidade ambiental, expandindo e estourando seu embrulho.

Outro caso semelhante ocorre com as tapas plastificadas dos livros, que consistem em uma face de papelão que absorve a umidade, enquanto o filme plástico não o faz. Em um ambiente muito úmido, o papelão absorve água e dilata, resultando que a tampa está ansiosa.

A característica descrita no parágrafo anterior, da dilatação diferencial por hidratação de dois materiais diferentes, foi usada para a construção de instrumentos para medir a umidade ambiental, como o higrômetro.

O higrômetro

O higrômetro é o instrumento usado para medir a umidade ambiental. Os instrumentos projetados para esse fim fazem uma medição indireta da umidade ambiental.

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Por exemplo, pode ser uma variação mecânica devido à absorção de umidade pela substância que serve como um sensor.

Figura 2. Higrômetro da bobina em espiral de Bácapa (papel de metal - papel impregnado). Fonte: Wikimedia Commons.

A capacidade elétrica de duas placas metálicas separadas por ar pode mudar ligeiramente, devido a variações de umidade no ambiente.

A resistividade elétrica de certos materiais também pode ser sensível às mudanças de umidade ambiental. São essas propriedades que são usadas como sensores de umidade.

Existe um tipo particular de higrômetro chamado Psicrômetro Isso calcula a umidade com base na diferença de temperaturas de dois termômetros: um deles com a lâmpada seca e a outra com a lâmpada úmida.

Umidade relativa

Os higrômetros geralmente medem a umidade relativa do ar. Isso é definido como a razão entre a umidade do ar dividido entre a umidade do ar saturado e multiplicado por 100. Portanto, a umidade relativa é expressa convenientemente em uma forma percentual.

Uma fórmula que permite a determinação da umidade relativa é a seguinte:

R = 100* (PV / PVs)

Nesta expressão PV É a pressão do vapor e PVS pressão de vapor de saturação.

Para garantir que o ar esteja saturado com vapor de água, ele procura O ponto Rocío. Isso é para reduzir a temperatura a ponto de o ar não admitir mais vapor de água e começa a se condensar em objetos frios, como metais e vidro.

A medida de umidade no ponto de orvalho é 100% na escala de umidade relativa.

Umidade específica

Outra magnitude muito útil é Umidade específica. É definido como a quantidade de gramas de vapor de água por 1000 gramas de ar úmido e, para determinar o seguinte relacionamento: é usado:

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W = 0.622 (PV / P)

Onde PV é a pressão do vapor e a pressão do ar.

Exemplos práticos

- Exemplo 1

No exemplo a seguir, a higroscopicidade de um tijolo de construção será determinada.

-Tijolo seco é pesado com um balanço de precisão de 0,5%.

-Em seguida, o tijolo está imerso por um tempo na água, depois fica 20 minutos até que qualquer excesso de água. Depois disso, o tijolo saturado é pesado.

-Higroscopicidade Yo Será calculado assim:

I = (peso saturado - peso seco) / peso seco * 100%

- Exemplo 2 (experimento caseiro)

O experimento a seguir é uma demonstração prática e visual da higroscopicidade da madeira, ou seja, sua capacidade de absorver água e produzir dilatação e forças.

Cinco palitos de madeira são tirados e saem no meio do caminho, mas sem se separar completamente. Em seguida, eles estão dispostos em um círculo como o mostrado na figura a seguir:

Figura 3. Disposição inicial de paus secos e quebrados em seu centro. Fonte: Raulexperimentos.Blogspot.com

Uma gota de água no centro é colocada. Assim que a queda da água cai no centro do arranjo de paus de madeira, tende a se expandir devido ao adsorção (Não deve ser confundido com a absorção) de água através das fibras de madeira.

Em pouco tempo, a madeira parece ganhar vida devido à sua expansão gradual e, após aproximadamente 1 minuto, o resultado é como o visto na figura a seguir.

Figura 4. Disposição final das varas devido à adsorção de umidade. Fonte: Raulexperimentos.Blogspot.com

Referências

1. Bioestudio. 2 Chave para materiais naturais. Higroscopicidade e difusão a vapor. Retirado de: Mirancaballebioestudio.com
2. Raulexperimentos. Madeira, anisotropia e higroscopia: uma estrela nasce. Recuperado de: Raulexperimentos.Blogspot.com
3. Tis. Comportamento de higroscopicia / sorção. Recuperado de: Tis-GDV.de
4. Wikipedia. Higrômetro. Recuperado de: é.Wikipedia.com
5. Wikipedia. Higroscopicidade. Recuperado de: é.Wikipedia.com
6. Wikipedia. Umidade absoluta. Recuperado de: é.Wikipedia.com
7. Wikipedia. Umidade do ar. Recuperado de: é.Wikipedia.com
8. Wikipedia. Umidade relativa. Recuperado de: é.Wikipedia.com
9. Wikipedia. Higroscopia. Recuperado de: em.Wikipedia.com