- Higroskopiskas vielas
- Higroskopiskās izplešanās koeficients
- Higrometrs
- RH
- Īpatnējais mitrums
- - 2. piemērs (mājas eksperiments)
- Atsauces
Higroskopisms ir īpašums glabājis ar noteiktām vielām absorbēt vai izraidīt ūdens molekulām uz vai no apkārtējās vides. Higroskopiska viela spēj absorbēt (vai izvadīt) ūdens tvaikus no gaisa ap to, līdz tiek sasniegts noteikts līdzsvara mitrums vai kamēr viela kļūst piesātināta.
Katrai vielai ir raksturīgs līdzsvara mitrums. Kad vidē ir šāda mitruma pakāpe, ātrums, ar kādu viela uztver apkārtējās vides ūdens molekulas, ir vienāds ar izdalīto molekulu skaitu.
1. attēls. Silikagelu uzskata par higroskopisku vielu. Avots: Pixabay.
Savukārt gaisa mitrumu rada atmosfēras ūdens tvaiki, kas iztvaiko no dažādiem avotiem, piemēram, no jūras, upēm, ūdens zemē, augu un dzīvnieku elpošanas un transpirācijas.
Gaisā aizturēto tvaika molekulu daudzums ir atkarīgs no gaisa temperatūras. Jo augstāka temperatūra, jo lielāka ūdens molekulu aizture gaisā. Bet, ja apkārtējā gaisa mitrums ir virs noteikta materiāla līdzsvara mitruma, tad materiāls no apkārtējās vides uzņems ūdens molekulas.
Materiālus un vielas, kurām ir zems līdzsvara mitrums, izmanto kā telpu žāvētājus, tas ir 1. attēlā parādītajam silikagelam un kalcija hlorīdam.
Higroskopiskas vielas
Vielas, kas uztver ūdens tvaikus no gaisa vai šķidrumu, kas tos ieskauj, ir higroskopiskas vielas un, kā mēs teicām, tiek izmantotas kā vides desikanti.
Runājot par higroskopisko vielu darbības mehānismu, principā ir divi veidi:
-Ūdens molekulas ir ieslodzītas vielas kristāliskajā struktūrā, ķīmiski nereaģējot ar to.
-Ķīmiskā reakcija notiek starp ūdens molekulām un attiecīgo vielu.
Pirmajā gadījumā ir nātrija sulfāts, bet otrajā gadījumā ir sārmu metāli un hidrīdi, kas spēcīgi reaģē ar ūdeni.
Citas higroskopiskas vielas vai materiāli ir:
-Papīrs
-Kokvilnas šķiedras
-Koka
-Cukurs
-Mīļā
-Daži spirti, piemēram, etanols un metanols
-Pārdošanas, piemēram, nātrija hidroksīds, kalcija hlorīds, nātrija hlorīds.
Dažas no higroskopiskām vielām, piemēram, sāļi, cukurs vai medus, parasti šķīst ūdenī, ko tās absorbē. Vielu, kas izšķīst pašas uzņemtajā ūdenī, sauc par šķīstošu vielu.
Higroskopiskās izplešanās koeficients
Materiāli vai vielas, kas notver mitrumu, var izplesties, šajā gadījumā izraisot apkārtējo materiālu spriegumus vai spriedzi. Tas attiecas uz vecām baterijām, kas uztver apkārtējo mitrumu, paplašinot un eksplodējot to iepakojumu.
Vēl viens līdzīgs gadījums notiek ar grāmatu laminētajiem vākiem, kas sastāv no kartona virsmas, kas absorbē mitrumu, bet plastmasas plēve to nedara. Ļoti mitrā vidē kartons absorbē ūdeni un izplešas, kā rezultātā vāks noliecas uz āru.
Iepriekšējā rindkopā aprakstītais raksturlielums par divu dažādu materiālu diferenciālo dilatāciju, hidratējot, ir izmantots, lai uzbūvētu instrumentus vides mitruma mērīšanai, piemēram, higrometru.
Higrometrs
Higrometrs ir instruments, ko izmanto apkārtējā gaisa mitruma mērīšanai. Šim nolūkam paredzētie instrumenti netieši mēra apkārtējā gaisa mitrumu.
Piemēram, tā var būt mehāniska variācija, ko izraisa vielas, kas kalpo kā sensors, mitruma absorbcija.
Bilayer spirāles spoles higrometrs (metāls - ar sāli piesūcināts papīrs). Avots: Wikimedia Commons.
Divu ar gaisu atdalītu metāla plākšņu elektriskā jauda var nedaudz mainīties, ņemot vērā apkārtējās vides mitruma izmaiņas.
Dažu materiālu elektriskā pretestība var būt jutīga arī pret apkārtējā gaisa mitruma izmaiņām. Tieši šīs īpašības tiek izmantotas kā mitruma sensori.
Ir īpašs higrometra tips, ko sauc par psihrometru un kas aprēķina mitrumu, pamatojoties uz divu termometru temperatūras starpību: vienu ar sausu spuldzi, otru ar mitru spuldzi.
RH
Higrometri parasti mēra gaisa relatīvo mitrumu. To definē kā koeficientu starp gaisa mitrumu, dalītu ar piesātināta gaisa mitrumu un reizinot ar 100. Tāpēc relatīvo mitrumu ērti izsaka procentos.
Formula, kas ļauj noteikt relatīvo mitrumu, ir šāda:
Šajā izteiksmē Pv ir tvaika spiediens, un Pvs ir piesātināta tvaika spiediens.
Lai pārliecinātos, ka gaiss ir piesātināts ar ūdens tvaikiem, tiek meklēts rasas punkts. Tas nozīmē temperatūras samazināšanu līdz punktam, lai gaiss nepieļautu vairāk ūdens tvaiku un sāk kondensēties uz aukstiem priekšmetiem, piemēram, metāliem un stiklu.
Mitruma mērījums rasas punktā ir 100% no relatīvā mitruma skalas.
Īpatnējais mitrums
Vēl viens ļoti noderīgs daudzums ir īpatnējais mitrums. To definē kā ūdens tvaiku gramu skaitu uz 1000 gramiem mitra gaisa, un tā noteikšanai izmanto šādas attiecības:
- 2. piemērs (mājas eksperiments)
Šis eksperiments ir praktisks un vizuāls koka higroskopiskuma pierādījums, tas ir, tā spēja absorbēt ūdeni un radīt izplešanos un spēkus.
Paņemiet piecus koka zobu bakstāmos un sadaliet tos uz pusēm, bet pilnībā neatdaloties. Tad tos izkārto aplī, kā parādīts šajā attēlā:
3. attēls. Sauso un salauzto zobu bakstāmo sākotnējais izvietojums to centrā. Avots: raulexperimentos.blogspot.com
Centrā ievieto ūdens pilienu. Tiklīdz ūdens piliens nokrīt koka nūju izkārtojuma centrā, tam ir tendence izplesties, pateicoties ūdens adsorbcijai (nedrīkst sajaukt ar absorbciju) caur koka šķiedrām.
Šķiet, ka īsā laikā koksne atdzīvojas, pateicoties pakāpeniskai izplešanās, un pēc aptuveni 1 minūtes rezultāts ir tāds, kā redzams nākamajā attēlā.
4. attēls. Zobu baksu galīgais izvietojums mitruma adsorbcijas dēļ. Avots: raulexperimentos.blogspot.com
Atsauces
- Biostudija. 2 dabisko materiālu atslēgas. Higroskopiskums un tvaika difūzija. Atgūts no: mirencaballerobioestudio.com
- rauleksperimenti. Koksne, anizotropija un higroskopija: dzimst zvaigzne. Atgūts no: raulexperimentos.blogspot.com
- TIS. Higroskopiskums / pārsteidzoša izturēšanās. Atgūts no: tis-gdv.de
- Wikipedia. Higrometrs. Atgūts no: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Higroskopiskums. Atgūts no: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Absolūts mitrums. Atgūts no: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Gaisa mitrums. Atgūts no: es.wikipedia.com
- Wikipedia. RH. Atgūts no: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Higroskopija. Atgūts no: en.wikipedia.com