Higroscopicidade: conceito, substâncias higroscópicas, exemplos - Ciência - 2023

Contente

o higroscopicidade É a propriedade que algumas substâncias possuem de absorver ou expelir moléculas de água em direção ou do meio ambiente. Uma substância higroscópica tem a capacidade de absorver (ou expelir) o vapor de água do ar ao seu redor, até que um certo equilíbrio de umidade seja alcançado ou até que a substância se torne saturada.

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

Por sua vez, a umidade do ar se deve ao vapor d'água atmosférico proveniente da evaporação de diversas fontes como o mar, rios, água do solo, respiração e transpiração de plantas e animais, entre outras fontes.

A quantidade de moléculas de vapor retidas no ar depende da temperatura do ar. Quanto mais alta a temperatura, maior será a retenção das moléculas de água no ar. Mas se a umidade do ambiente estiver acima da umidade de equilíbrio de um determinado material, o material coletará moléculas de água do ambiente.

Materiais e substâncias que apresentam baixa umidade de equilíbrio são utilizados como secadores de ambiente, é o caso do gel de sílica mostrado na figura 1 e do cloreto de cálcio.

Substâncias higroscópicas

As substâncias que captam o vapor d'água do ar ou do líquido que as circunda são substâncias higroscópicas e são utilizadas como dessecantes ambientais, como já dissemos.

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

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

-Uma reação química ocorre entre as moléculas de água e a substância em questão.

No primeiro caso existe o sulfato de sódio, enquanto no segundo caso existem os metais alcalinos e os 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 sais, açúcar ou mel. Uma substância que se dissolve na água capturada por si mesma é chamada substância deliquescente.

Coeficiente de expansão higroscópica

Os materiais ou substâncias que prendem a umidade podem se expandir, neste caso, causando tensões ou tensões nos materiais circundantes. É o caso das baterias velhas que captam a umidade do ambiente, expandindo e estourando suas embalagens.

Outro caso semelhante ocorre com as capas laminadas de livros, que consistem em uma face de papelão que absorve umidade, enquanto o filme plástico não. Em um ambiente muito úmido, o papelão absorve água e se expande, resultando em uma flacidez da tampa para fora.

A característica descrita no parágrafo anterior, da dilatação diferencial por hidratação de dois materiais diferentes, tem sido utilizada para a construção de instrumentos de medição de umidade ambiente, como o higrômetro.

O higrômetro

O higrômetro é o instrumento usado para medir a umidade ambiente. Instrumentos projetados para esse fim fazem uma medição indireta da umidade ambiente.

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

A capacidade elétrica de duas placas metálicas separadas pelo ar pode sofrer pequenas alterações, devido às variações da umidade do ambiente.

A resistividade elétrica de certos materiais também pode ser sensível a mudanças na umidade do ambiente. São essas propriedades que são usadas como sensores de umidade.

Existe um tipo particular de higrômetro chamado psicrômetro que calcula a umidade com base na diferença de temperatura de dois termômetros: um com bulbo seco e outro com bulbo úmido.

Umidade relativa

Os higrômetros geralmente medem a umidade relativa do ar. Isso é definido como o quociente entre a umidade do ar dividida pela umidade do ar saturado e multiplicada por 100. Portanto, a umidade relativa é convenientemente expressa como uma porcentagem.

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

r = 100 * (Pv / Pvs)

Nesta expressão PV é a pressão de vapor e PVs a pressão de vapor de saturação.

Para garantir que o ar está saturado com vapor de água, procure o ponto de orvalho. Consiste em reduzir a temperatura a ponto de o ar não admitir mais vapor d'água e começar a se condensar em objetos frios como metais e vidros.

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

Umidade específica

Outra quantidade muito útil é o umidade específica. É definido como o número de gramas de vapor de água por 1000 gramas de ar úmido e a seguinte relação é usada para determiná-lo:

w = 0,622 (Pv / P)

Onde Pv é a pressão de vapor e P a pressão do ar.

Exemplos práticos

- Exemplo 1

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

-O tijolo seco é pesado com escala de precisão de 0,5%.

-Depois o tijolo é submerso por um tempo na água, depois é deixado por 20 minutos até que o excesso de água seja liberado. Depois disso, o tijolo saturado é pesado.

-Higroscopicidade Eu será calculado assim:

I = {(Peso saturado - Peso seco) / Peso seco} * 100%

- Exemplo 2 (experimento em casa)

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

Pegue cinco palitos de madeira e quebre-os ao meio, mas sem separá-los completamente. Eles são então dispostos em um círculo, como o mostrado na figura a seguir:

Uma gota d'água é colocada no centro. Assim que a gota d'água cai no centro do arranjo de varas de madeira, ela tende a se expandir devido ao adsorçãonão deve ser confundido com absorção) de água pelas fibras da madeira.

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

Referências

Biostudy. 2 chaves de materiais naturais. Higroscopicidade e difusão de vapor. Recuperado de: mirencaballerobioestudio.com
raulexperiments. Madeira, anisotropia e higroscopia: nasce uma estrela. Recuperado de: raulexperimentos.blogspot.com
TIS. Higroscopicidade / comportamento surpresa. Recuperado de: tis-gdv.de
Wikipedia. Higrômetro. Recuperado de: es.wikipedia.com
Wikipedia. Higroscopicidade. Recuperado de: es.wikipedia.com
Wikipedia. Umidade absoluta. Recuperado de: es.wikipedia.com
Wikipedia. Umidade do ar. Recuperado de: es.wikipedia.com
Wikipedia. Umidade relativa. Recuperado de: es.wikipedia.com
Wikipedia. Higroscopia. Recuperado de: en.wikipedia.com