Гигроскопичность
Гигроскопичность – способность материалов к поглощению атмосферной влаги.
***
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
|