- Substâncias higroscópicas
- Coeficiente de expansão higroscópica
- O higrômetro
- Umidade relativa
- Umidade específica
- - Exemplo 2 (experiência em casa)
- Referências
A higroscopicidade é a propriedade que certas substâncias possuem de absorver ou expelir moléculas de água para 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.
Figura 1. O gel de sílica é considerado uma substância higroscópica. Fonte: Pixabay.
Por sua vez, a umidade do ar se deve ao vapor d'água atmosférico proveniente da evaporação de diversas fontes como 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 é 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 rodeia são 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
-Vendas 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 absorvida por si mesma é chamada de substância deliquescente.
Coeficiente de expansão higroscópica
Materiais ou substâncias que prendem a umidade podem se expandir, neste caso, causando tensões ou deformações nos materiais ao redor. 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, fazendo com que a tampa caia 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 ambiental, como o higrômetro.
O higrômetro
O higrômetro é o instrumento usado para medir a umidade ambiente. Os 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 atua como sensor.
Figura 2. Higrômetro de bobina espiral bicamada (metal - papel impregnado com sal). Fonte: Wikimedia Commons.
A capacidade elétrica de duas placas metálicas separadas pelo ar pode sofrer leve alteração, 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
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:
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, o ponto de orvalho é pesquisado. Consiste em reduzir a temperatura a tal ponto que o ar deixe de admitir mais vapor de água e comece a se condensar em objetos frios como metais e vidro.
A medição de umidade no ponto de orvalho é de 100% na escala de umidade relativa.
Umidade específica
Outra quantidade muito útil é a 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:
- Exemplo 2 (experiência 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 divida-os ao meio, mas sem separar completamente. Eles são então dispostos em um círculo como o mostrado na figura a seguir:
Figura 3. Disposição inicial dos palitos secos e quebrados em seu centro. Fonte: raulexperimentos.blogspot.com
Uma gota d'água é colocada no centro. Assim que a gota d'água cai no centro do arranjo dos palitos de madeira, ela tende a se expandir devido à adsorção (não confundir com absorção) da 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.
Figura 4. Disposição final dos palitos devido à adsorção de umidade. Fonte: raulexperimentos.blogspot.com
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 surpreendente. 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