Гигроскопичность

Гигроскопичность

Гигроскопичность (от др.-греч. — влажный и — наблюдаю) — свойство некоторых веществ поглощать водяные пары из воздуха.

Пример гигроскопического вещества - биодизель, он поглощает воду приблизительно 1200 частей на миллион (PPM). Примерами так же являются: мёд, этанол, метанол, глицерин, концентрированная серная кислота, концентрированный раствор гидроксида натрия, безводный хлорид кальция. Причём последний настолько гигроскопичен, что в конце-концов распадается в воде, которую поглощает. Из-за присутствия водяных паров в атмосфере, гигроскопические материалы должны храниться в запечатанных контейнерах. Для хранения гигроскопичных веществ в лаборатории можно использовать эксикатор.

Разные материалы и соединения имеют отличающиеся гигроскопические свойства, что может привести к вредным эффектам, вроде концентрации напряжений в композитных материалах. Влияние окружающей влажности на материалы или соединения, можно учесть коэффициентом гигроскопического расширения (КГР) или коэффициентом гигроскопического сжатия (КГС) - различие между ними определяется способностью веществ к изменению объёма под действием влажности и учитывается в формулах в виде знака.

Распространённым примером, на котором можно продемонстрировать это явление - книги в мягкой обложке. В относительно сыром месте обложка книги будет скручиваться. Это обусловлено тем, что неламинированная сторона обложки поглощает больше влаги, чем ламинированная, и её площадь увеличивается. Это вызывает напряжение, которое сгибает обложку в сторону ламинирования. Аналогию можно увидеть в биметаллических пластинах.

Пороха и взрывчатые вещества

Пороха

Дымный порох обладает заметной гигроскопичностью, поскольку его основным компонентом является селитра. Энергетически и экономически выгодная натриевая селитра из-за высокой способности поглощать влагу даже при низкой влажности окружающей среды применяется в порохах ограниченно, наибольшее применение нашла калиевая селитра.

Нитроцеллюлоза, в отличие от селитр, слабо гигроскопична. Появление бездымного пороха на её основе ускорило развитие полуавтоматического и автоматического огнестрельного оружия, поскольку он не забивает механизмы и не меняет физических свойств при воздействии влажности. Гигроскопичность некоторых компонентов патронов, в первую очередь воспламеняющих составов капсюлей, компенсируется их высокой чувствительностью к воспламенению.

Взрывчатые вещества

Гигроскопичность взрывчатых веществ и взрывчатых составов в значительной степени определяет сроки и условия их хранения. Особенно значительное воздействие влага оказывает на селитросодержащие промышленные взрывчатые вещества, которые могут либо потерять необходимые физические и взрывчатые характеристики, либо, наоборот, приобрести повышенную чувствительность к внешним воздействиям.

Строительство

Гигроскопичные материалы играют важную роль в строительстве; например, очень гигроскопична древесина. Такие материалы подвержены влиянию влаги, содержащейся в здании. Чем выше относительная влажность, тем больше пара адсорбируется. При этом многие сорта древесин начинают гнить, если относительная влажность, в течение длительного времени, более 80%.

Можно расколоть камень, вставив кусок дерева в трещину и смачивая его водой, т.к. при этом объем дерева увеличивается и оно начинает раздвигать стенки трещины.

Биология

Семена некоторых трав расширяются, при изменении влажности, что позволяет им рассеиваться по земле.

Гигроскопичность

- способность твердых тел, особенно пористых и порошковатых, поглощать влагу из воздуха. Поглощение гигроскопической воды есть особая форма частичного взаимодействия между телами и водой, составляющая переход от прилипания к явлениям настоящего химического притяжения и из них особенно к растворению. Связь между водой и гигроскопическим телом, ее удерживающим, хотя и слаба, но однако такова, что разделить их представляется возможным только превращая гигроскопическую воду в пар. Это легко достигается с помощью нагревания (большей частью достаточно 100°С) или помещения влажного тела в сухую атмосферу (притом, еще лучше, разреженную - см. Сушение). Количество поглощаемой воды зависит не только от природы тела, но и от величины его поверхности, температуры и влажности воздуха. Одно и то же тело удерживает воды тем больше, чем оно рыхлее, чем ниже температура и влажнее воздух. Из обычных тел гигроскопичностью отличаются: дерево, бумага, полотно, хлопок, и вообще растительные волокна и животные ткани (напр. кость, шерсть), крахмал, сухой белок, уголь, плохая поваренная соль, содержащая подмесь хлористого магния, вещества очень гигроскопичного, натровая или чилийская селитра, окись меди, свинца и мн. др. Тело, содержащее гигроскопическую воду, обыкновенно не кажется влажным на ощупь и вообще по виду ничем не отличается от сухого. Так, напр., бумага или вата при обыкновенных условиях содержат 5-8% влажности, хотя и кажутся вполне сухими. Но иногда, притягивая влагу, вещества заметно изменяют свой вид и объем: разбухают, размягчаются (крахмал, белок), становятся сырыми (соль), а иногда вполне расплываются, образуя раствор (поташ) и давая место явлениям уже с более ясно выраженным химическим характером. Если внешний вид тела не указывает на присутствие в нем влажности, то она легко обнаруживается при нагревании его в запаянной с одного конца стеклянной трубке, ибо тогда вода, испаряясь, оседает в виде росы в верхней не нагретой части прибора. О количестве гигроскопической воды судят по потере веса тела (если само оно не летуче) при высушивании его нагреванием, или, поместив его в трубку, открытую с обоих концов, пропускают над ним струю сухого воздуха; если нужно, при нагревании, поглощают уносимую им влагу серной кислотой, хлористым кальцием и т. п. веществами, энергично соединяющимися с водой, и узнают прибыль в их весе или потерю в весе высушиваемого вещества.

Гигроскопичность и Капиллярная конденсация

Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами (гигроскопичность, капиллярное всасывание, водопоглошение, водостойкость, водопроницаемость, паропроницаемость, влажностные деформации, морозостойкость).

Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха, которая вызывается сорбцией, представляющей собой физико-химический процесс поглощения водяных паров из возду-ха в результате их адсорбции на внутренней поверхности пор материала и капиллярной конденсации.

Капиллярная конденсация возможна только в капиллярах с малым радиусом (менее 10~7м), так как разность давлений насыщенного водяного пара над вогнутой поверхностью мениска и плоской поверхностью капилляров с большим радиусом несущественна. Гигроскопичность зависит как от свойств материала (величины и характера пористости), так и условий внешней среды (температуры и относительной влажности воздуха). Она характеризуется величиной отношения массы поглощенной материалом влаги при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20°С к массе сухого материала