HYGROSCOPICITEIT: CONCEPT, HYGROSCOPISCHE STOFFEN, VOORBEELDEN - FYSIEK - 2026

De hygroscopiciteit is de eigenschap die bepaalde stoffen bezitten om watermoleculen naar of uit de omgeving te absorberen of af te voeren. Een hygroscopische stof heeft het vermogen om waterdamp uit de lucht eromheen te absorberen (of te verdrijven), totdat een bepaalde evenwichtsvochtigheid is bereikt of totdat de stof verzadigd raakt.

Elke stof heeft een karakteristieke evenwichtsvochtigheid. Wanneer de omgeving deze vochtigheidsgraad heeft, is de snelheid waarmee de stof omgevingsmoleculen van water opvangt gelijk aan het aantal vrijgekomen moleculen.

Figuur 1. Silicagel wordt beschouwd als een hygroscopische stof. Bron: Pixabay.

Luchtvochtigheid van zijn kant is te wijten aan atmosferische waterdamp door verdamping uit verschillende bronnen, zoals de zee, rivieren, water in de grond, ademhaling en transpiratie van planten en dieren, naast andere bronnen.

De hoeveelheid dampmoleculen die in de lucht worden vastgehouden, is afhankelijk van de luchttemperatuur. Hoe hoger de temperatuur, hoe groter de retentie van watermoleculen in de lucht. Maar als de omgevingsvochtigheid hoger is dan de evenwichtsvochtigheid van een bepaald materiaal, dan zal het materiaal watermoleculen uit de omgeving opnemen.

Materialen en stoffen met een lage evenwichtsvochtigheid worden gebruikt als kamerdrogers, dit is het geval voor de silicagel in figuur 1 en voor calciumchloride.

Hygroscopische stoffen

De stoffen die de waterdamp uit de lucht of de vloeistof eromheen opvangen, zijn hygroscopische stoffen en worden, zoals we al zeiden, gebruikt als droogmiddelen voor de omgeving.

Wat betreft het werkingsmechanisme van hygroscopische stoffen, er zijn in principe twee soorten:

-De watermoleculen zitten vast in de kristallijne structuur van de stof, zonder er chemisch mee te reageren.

-Er vindt een chemische reactie plaats tussen de watermoleculen en de betreffende stof.

In het eerste geval is er natriumsulfaat, in het tweede geval zijn er alkalimetalen en hydriden, die sterk reageren met water.

Andere hygroscopische stoffen of materialen zijn:

-Papier

-Katoen vezels

-Hout

-Suiker

-Lieve schat

-Sommige alcoholen zoals ethanol en methanol

-Verkopen zoals natriumhydroxide, calciumchloride, natriumchloride.

Sommige van de hygroscopische stoffen hebben de neiging om op te lossen in het water dat ze opnemen, zoals zouten, suiker of honing. Een stof die vanzelf oplost in het water dat wordt opgenomen, wordt een vervloeiende stof genoemd.

Hygroscopische uitzettingscoëfficiënt

Materialen of stoffen die vocht vasthouden, kunnen uitzetten en in dit geval spanningen of spanningen veroorzaken op de omringende materialen. Dat is het geval bij oude batterijen die omgevingsvochtigheid opvangen, waardoor hun verpakking uitzet en barst.

Een ander soortgelijk geval doet zich voor bij de gelamineerde omslagen van boeken, die bestaan ​​uit een kartonnen voorkant die vocht absorbeert, terwijl de plastic folie dat niet doet. In een zeer vochtige omgeving neemt het karton water op en zet het uit, waardoor het deksel naar buiten zakt.

De eigenschap beschreven in de vorige paragraaf, van de differentiële dilatatie door hydratatie van twee verschillende materialen, is gebruikt voor de constructie van instrumenten om omgevingsvochtigheid te meten, zoals de hygrometer.

De hygrometer

De hygrometer is het instrument dat wordt gebruikt om de omgevingsvochtigheid te meten. Hiervoor ontworpen instrumenten maken een indirecte meting van de omgevingsvochtigheid.

Het kan bijvoorbeeld een mechanische variatie zijn door de opname van vocht door de stof die als sensor dient.

Figuur 2. Dubbellaagse spiraalhygrometer (metaal - papier geïmpregneerd met zout). Bron: Wikimedia Commons.

De elektrische capaciteit van twee metalen platen die door lucht van elkaar zijn gescheiden, kan enigszins veranderen als gevolg van variaties in vochtigheid in de omgeving.

De elektrische weerstand van bepaalde materialen kan ook gevoelig zijn voor veranderingen in de omgevingsvochtigheid. Het zijn deze eigenschappen die worden gebruikt als vochtigheidssensoren.

Er is een bepaald type hygrometer, een psychrometer genaamd, die de vochtigheid berekent op basis van het temperatuurverschil van twee thermometers: een met de droge bol en de andere met de natte bol.

RH

Hygrometers meten over het algemeen de relatieve vochtigheid van de lucht. Dit wordt gedefinieerd als het quotiënt tussen de vochtigheid van de lucht gedeeld door de vochtigheid van de verzadigde lucht en vermenigvuldigd met 100. Daarom wordt de relatieve vochtigheid gemakkelijk uitgedrukt als een percentage.

Een formule waarmee de relatieve vochtigheid kan worden bepaald, is de volgende:

In deze uitdrukking is Pv de dampspanning en Pvs de verzadigingsdampdruk.

Om ervoor te zorgen dat de lucht verzadigd is met waterdamp, wordt het dauwpunt opgezocht. Deze bestaat uit het verlagen van de temperatuur tot een zodanig punt dat de lucht niet meer waterdamp toelaat en begint te condenseren op koude voorwerpen zoals metalen en glas.

De vochtigheidsmeting op het dauwpunt is 100% op de relatieve vochtigheidsschaal.

Specifieke vochtigheid

Een andere zeer bruikbare hoeveelheid is de specifieke luchtvochtigheid. Het wordt gedefinieerd als het aantal gram waterdamp per 1000 gram vochtige lucht en de volgende relatie wordt gebruikt om dit te bepalen:

- Voorbeeld 2 (Home-experiment)

Het volgende experiment is een praktische en visuele demonstratie van de hygroscopiciteit van hout, dat wil zeggen van zijn vermogen om water te absorberen en uitzetting en krachten te produceren.

Neem vijf houten tandenstokers en verdeel ze doormidden, maar zonder ze volledig te scheiden. Ze worden vervolgens in een cirkel gerangschikt zoals weergegeven in de volgende afbeelding:

Figuur 3. Eerste opstelling van de droge en gebroken tandenstokers in hun midden. Bron: raulexperimentos.blogspot.com

In het midden wordt een druppel water geplaatst. Zodra de waterdruppel in het midden van de opstelling van houten stokken valt, heeft deze de neiging uit te zetten vanwege de adsorptie (niet te verwarren met absorptie) van het water door de vezels van het hout.

In korte tijd lijkt het hout door zijn geleidelijke uitzetting tot leven te komen en na ongeveer 1 minuut is het resultaat zoals te zien in de volgende afbeelding.

Figuur 4. Uiteindelijke plaatsing van tandenstokers door vochtadsorptie. Bron: raulexperimentos.blogspot.com

Referenties

1. Biostudie. 2 sleutels van natuurlijke materialen. Hygroscopiciteit en dampdiffusie. Hersteld van: mirencaballerobioestudio.com
2. raulexperimenten. Hout, anisotropie en hygroscopie: een ster is geboren. Hersteld van: raulexperimentos.blogspot.com
3. TIS. Hygroscopiciteit / verrassend gedrag. Hersteld van: tis-gdv.de
4. Wikipedia. Hygrometer. Hersteld van: es.wikipedia.com
5. Wikipedia. Hygroscopiciteit. Hersteld van: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Absolute vochtigheid. Hersteld van: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Lucht vochtigheid. Hersteld van: es.wikipedia.com
8. Wikipedia. RH. Hersteld van: es.wikipedia.com
9. Wikipedia. Hygroscopie. Hersteld van: en.wikipedia.com