Hygroskopi - Hygroscopy
Hygroskopi er fænomenet med at tiltrække og holde vand molekyler via enten absorption eller adsorption fra det omgivende miljø , som sædvanligvis ved normal eller stuetemperatur. Hvis vandmolekyler suspenderes blandt stoffets molekyler, kan adsorberende stoffer blive fysisk ændret, f.eks. Ændring i volumen, kogepunkt, viskositet eller en anden fysisk egenskab eller egenskab ved stoffet.
Etymologi og udtale
Ordet hygroskopi ( / h aɪ ɡ r ɒ s k ə p i / ) benytter kombinationsformer for hygro- og -scopy . I modsætning til ethvert andet -skopi -ord refererer det ikke længere til en visnings- eller billedtilstand. Det begyndte på den måde, hvor ordet hygroskop henviste i 1790'erne til måleudstyr til fugtighedsniveau. Disse hygroskoper brugte materialer, såsom visse dyrehår, der mærkbart ændrede form og størrelse, da de blev fugtige. Sådanne materialer siges derefter at være hygroskopiske, fordi de var egnede til fremstilling af et hygroskop. Til sidst ophørte ordet hygroskop imidlertid med at blive brugt til et sådant instrument i moderne brug . Men ordet hygroskopisk (tendens til at bevare fugt) levede videre, og dermed også hygroskopi (evnen til at gøre det). Dag et instrument til måling fugtighed kaldes en hygrometer ( hygro- + -METER ).
Oversigt
Hygroskopiske stoffer omfatter cellulosefibre (såsom bomuld og papir), sukker , karamel , honning , glycerol , ethanol , træ , methanol , svovlsyre , mange gødningskemikalier, mange salte (som calciumchlorid, baser som natriumhydroxid osv.), Og en lang række andre stoffer.
Hvis en forbindelse opløses i vand, anses den for at være hydrofil .
Zinkchlorid og calciumchlorid samt kaliumhydroxid og natriumhydroxid (og mange forskellige salte ) er så hygroskopiske, at de let opløses i det vand, de absorberer: denne egenskab kaldes deliquescens . Svovlsyre er ikke kun hygroskopisk i koncentreret form, men dets løsninger er hygroskopiske ned til koncentrationer på 10% v/v eller derunder. Et hygroskopisk materiale vil have en tendens til at blive fugtigt og kageagtigt, når det udsættes for fugtig luft (f.eks. Saltet inde i saltryste under fugtigt vejr).
På grund af deres affinitet til atmosfærisk fugt kan hygroskopiske materialer kræve opbevaring i lukkede beholdere. Når de tilsættes til fødevarer eller andre materialer med det udtrykkelige formål at opretholde fugtindhold , kaldes sådanne stoffer fugtighedsbevarende midler .
Materialer og forbindelser udviser forskellige hygroskopiske egenskaber, og denne forskel kan føre til skadelige virkninger, såsom spændingskoncentration i kompositmaterialer . Volumenet af et bestemt materiale eller forbindelse påvirkes af fugt i omgivelserne og kan betragtes som dets hygroskopiske ekspansionskoefficient (CHE) (også kaldet CME eller koefficient for fugtudvidelse) eller koefficient for hygroskopisk kontraktion (CHC) - forskellen mellem de to udtryk er en forskel i tegnkonvention.
Forskelle i hygroskopi kan observeres i plastlaminerede paperback-omslag-ofte i et pludselig fugtigt miljø vil bogomslaget krølle væk fra resten af bogen. Den laminerede side af dækslet absorberer mere fugt end den laminerede side og øges i areal, hvilket forårsager en belastning, der krøller dækslet mod den laminerede side. Dette ligner funktionen af en termostats bimetalliske strimmel . Billige hygrometre med urskive gør brug af dette princip ved hjælp af en viklet strimmel. Deliquescence er den proces, hvorved et stof absorberer fugt fra atmosfæren, indtil det opløses i det absorberede vand og danner en opløsning. Deliquescens opstår, når damptrykket af den dannede opløsning er mindre end det partielle tryk af vanddamp i luften.
Mens nogle lignende kræfter virker her, er det forskelligt fra kapillær attraktion , en proces, hvor glas eller andre faste stoffer tiltrækker vand, men ikke ændres i processen (f.eks. Bliver vandmolekyler ikke suspenderet mellem glasmolekylerne).
Tekniske egenskaber
Mængden af fugt indeholdt i hygroskopiske materialer er normalt proportional med den relative fugtighed. Tabeller, der indeholder disse oplysninger, findes i mange tekniske håndbøger og fås også hos leverandører af forskellige materialer og kemikalier.
Hygroskopi spiller også en vigtig rolle i konstruktionen af plastmaterialer. Nogle plastmaterialer er hygroskopiske, mens andre ikke er det.
Biologi
Frøene fra nogle græsser har hygroskopiske forlængelser, der bøjer sig med ændringer i fugtighed, så de kan sprede sig over jorden. Et eksempel er Needle-and-Thread, Hesperostipa comata . Hvert frø har et awn, der vrider flere omgange, når frøet frigives. Øget fugt får det til at sno sig og, efter tørring, vride det igen og derved bore frøet i jorden.
Tornede drager opsamler fugt i den tørre ørken via natkondensering af dug, der dannes på deres hud og ledes til deres mund i hygroskopiske riller mellem hudens rygsøjler. Vand samler sig også i disse riller, når det regner. Kapillær handling gør det muligt for firben at suge vand ind fra hele kroppen.
Delikatesse
Deliquescence, ligesom hygroskopi, er også karakteriseret ved en stærk affinitet for vand og tendens til at absorbere fugt fra atmosfæren, hvis den udsættes for det. I modsætning til hygroskopi indebærer deliquescens imidlertid at absorbere tilstrækkeligt vand til at danne en vandig opløsning . De fleste delikaterende materialer er salte , herunder calciumchlorid , magnesiumchlorid , zinkchlorid , ferrichlorid , carnallit , kaliumcarbonat , kaliumphosphat , ferriammoniumcitrat , ammoniumnitrat , kaliumhydroxid og natriumhydroxid . På grund af deres meget høje affinitet til vand bruges disse stoffer ofte som tørremidler , også en anvendelse til koncentrerede svovl- og fosforsyrer . Nogle delikaterende forbindelser bruges i den kemiske industri til at fjerne vand, der dannes ved kemiske reaktioner (se tørrerør ).
Polymerer
Mange tekniske polymerer er hygroskopiske, herunder nylon , ABS , polycarbonat , cellulose , carboxymethylcellulose og poly (methylmethacrylat) (PMMA, plexiglas , perspex ).
Andre polymerer, såsom polyethylen og polystyren , absorberer normalt ikke meget fugt, men er i stand til at bære betydelig fugt på deres overflade, når de udsættes for flydende vand.
Type-6 nylon (en polyamid ) kan absorbere op til 9,5% af sin vægt i fugt.
Ansøgninger i bagning
Brugen af forskellige stoffers hygroskopiske egenskaber ved bagning bruges ofte til at opnå forskelle i fugtindhold og dermed sprødhed. Forskellige sorter af sukker bruges i forskellige mængder til fremstilling af en sprød, sprød cookie (Storbritannien: kiks) kontra en blød, sej kage. Sukkerarter som honning , brunt sukker og melasse er eksempler på sødestoffer, der bruges til at skabe mere fugtige, seje kager.