Hygroscopicity הוא נכס דיבוק על ידי חומרים מסוימים לקלוט או מולקולות מים לגרש או מהסביבה. לחומר היגרוסקופי יכולת לספוג (או לגרש) אדי מים מהאוויר סביבו, עד להגיע לחות שיווי משקל מסוימת או עד שהחומר הופך רווי.
לכל חומר יש לחות שיווי משקל אופיינית. כאשר לסביבה יש דרגת לחות זו, המהירות שבה החומר לוכד מולקולות סביבתיות של מים שווה למספר המולקולות המשוחררות.
תרשים 1. ג'ל סיליקה נחשב לחומר היגרוסקופי. מקור: Pixabay.
לחות האוויר מצידה נובעת מאדי מים אטמוספריים מהאידוי ממקורות שונים כמו הים, נהרות, מים באדמה, הנשמה והעברה של צמחים ובעלי חיים, בין מקורות אחרים.
כמות מולקולות האדים שנשמרות באוויר תלויה בטמפרטורת האוויר. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך האצירה של מולקולות מים באוויר גבוהה יותר. אבל אם הלחות הסביבה היא מעל ללחות שיווי המשקל של חומר מסוים, אז החומר יאסוף מולקולות מים מהסביבה.
חומרים וחומרים בעלי לחות שיווי משקל נמוכה משמשים כמייבשים לחדר, זהו המקרה של הג'ל סיליקה המוצג באיור 1 ושל סידן כלוריד.
חומרים היגרוסקופיים
החומרים הלוכדים את אדי המים מהאוויר או את הנוזל הסובב אותם הם חומרים היגרוסקופיים ומשמשים כמייבשים סביבתיים, כאמור.
באשר למנגנון הפעולה של חומרים היגרוסקופיים, ישנם בעיקרון שני סוגים:
מולקולות המים נלכדות במבנה הגבישי של החומר, מבלי להגיב איתו כימית.
-תגובה כימית מתרחשת בין מולקולות המים לחומר המדובר.
במקרה הראשון יש נתרן סולפט, ואילו במקרה השני יש מתכות אלקליות והידרידים, המגיבים חזק עם מים.
חומרים או חומרים היגרוסקופיים אחרים הם:
-עיתון
-סיבי כותנה
-עץ
-סוכר
-דבש
-כמה אלכוהולים כמו אתנול ומתנול
-מכירה כמו נתרן הידרוקסיד, סידן כלוריד, נתרן כלוריד.
חלק מהחומרים ההיגרוסקופיים נוטים להתמוסס במים שהם סופגים, כמו מלחים, סוכר או דבש. חומר שמתמוסס במים שנלקח מעצמו נקרא חומר מתעלל.
מקדם התרחבות היגרוסקופית
חומרים או חומרים המלוכדים לחות יכולים להתרחב, במקרה זה לגרום לסטרס או להתאמץ על החומרים שמסביב. כזה הוא המקרה של סוללות ישנות שתופסות לחות בסביבה, מרחיבות ופורצות את אריזותיהן.
מקרה דומה נוסף מתרחש עם כריכות למינציה של ספרים, המורכבות מפנים מקרטון הסופג לחות, ואילו הסרט הפלסטי אינו כן. בסביבה לחה מאוד הקרטון סופג מים ומתרחב, וכתוצאה מכך המכסה נפול כלפי חוץ.
המאפיין שתואר בפסקה הקודמת, של התרחבות דיפרנציאלית על ידי הידרציה של שני חומרים שונים, שימש לבניית מכשירים למדידת לחות סביבתית, כמו מדדי לחות.
מדדי לחות
מדדי לחות הוא הכלי המשמש למדידת לחות בסביבה. מכשירים המיועדים למטרה זו מבצעים מדידה עקיפה של לחות הסביבה.
לדוגמא, זו יכולה להיות וריאציה מכנית עקב ספיגת הלחות על ידי החומר המשמש כחיישן.
איור 2. איור 2. Hygrometer סליל ספירלה של Bilayer (נייר - נייר ספוג במלח). מקור: Wikimedia Commons.
הקיבולת החשמלית של שתי לוחות מתכת המופרדות על ידי אוויר עשויה להשתנות מעט, בגלל שינויים בלחות בסביבה.
ההתנגדות החשמלית של חומרים מסוימים יכולה להיות גם רגישה לשינויים בלחות הסביבה. המאפיינים הללו משמשים כחיישני לחות.
יש סוג מסוים של מדדי לחות הנקרא פסיכומטר המחושב לחות על בסיס הפרש הטמפרטורה של שני מדחומים: האחד עם הנורה היבשה והשני עם הנורה הרטובה.
RH
Hygrometers מודדים בדרך כלל את הלחות היחסית של האוויר. זה מוגדר כמניין בין הלחות של האוויר מחולק על ידי הלחות של האוויר הרווי כפול 100. לפיכך, הלחות היחסית באה לידי ביטוי בנוחות כאחוז.
נוסחה המאפשרת קביעת לחות יחסית היא הבאה:
בביטוי זה Pv הוא לחץ האדים ו- Pvs לחץ אדי הרוויה.
כדי להבטיח שהאוויר רווי באדי מים, נקודת הטל מחפשת. זה מורכב מהפחתת הטמפרטורה עד כדי כך שהאוויר אינו מודה יותר באדי מים ומתחיל להתעבות על חפצים קרים כמו מתכות וזכוכית.
מדידת הלחות בנקודת הטל היא 100% בסולם הלחות היחסי.
לחות ספציפית
עוד כמות שימושית מאוד היא הלחות הספציפית. זה מוגדר כמספר גרם אדי מים לכל 1000 גרם אוויר לח והקשר הבא משמש לקביעתו:
- דוגמא 2 (ניסוי ביתי)
הניסוי הבא הוא הדגמה מעשית וויזואלית של ההיגרוסקופיות של העץ, כלומר של יכולתו לספוג מים ולייצר התפשטות וכוחות.
קח חמש קיסמי עץ וחלק אותם לשניים, אך בלי להפריד לחלוטין. לאחר מכן הם מסודרים במעגל כמו זה שמוצג באיור הבא:
איור 3. סידור ראשוני של קיסמי השיניים היבשים והשבורים במרכזם. מקור: raulexperimentos.blogspot.com
טיפת מים מונחת במרכז. ברגע שנפילת המים נופלת במרכז סידור מקלות העץ, היא נוטה להתרחב עקב הספיחה (לא להתבלבל עם ספיגתם) של המים דרך סיבי העץ.
תוך זמן קצר נראה כי העץ מתעורר לחיים עקב התרחבותו ההדרגתית ואחרי דקה בערך, התוצאה היא כפי שניתן לראות באיור הבא.
איור 4. תרשים סופי של קיסמי שיניים עקב ספיחת לחות. מקור: raulexperimentos.blogspot.com
הפניות
- ביוגרפיה. 2 מפתחות מחומרים טבעיים. היגרוסקופיות ופיזור אדים. התאושש מ: mirencaballerobioestudio.com
- ניסויים גולמיים. עץ, אניסוטרופיה והיגרוסקופיה: כוכב נולד. התאושש מ: raulexperimentos.blogspot.com
- TIS. היגרוסקופיות / התנהגות מפתיעה. התאושש מ: tis-gdv.de
- ויקיפדיה. מַד לָחוּת. התאושש מ: es.wikipedia.com
- ויקיפדיה. היגרוסקופיות. התאושש מ: es.wikipedia.com
- ויקיפדיה. לחות מוחלטת. התאושש מ: es.wikipedia.com
- ויקיפדיה. לחות אוויר. התאושש מ: es.wikipedia.com
- ויקיפדיה. RH. התאושש מ: es.wikipedia.com
- ויקיפדיה. היגרוסקופיה. התאושש מ: en.wikipedia.com