Гигроскопи́чность (от др.-греч. ὑγρός «влажный» + σκοπέω «наблюдаю») — способность некоторых веществ поглощать (сорбировать) водяные пары из воздуха . Играет важную биологическую роль, многие ткани растений и их семена обладают свойством гигроскопичности. Когда молекулы воды взамодействуют с гигроскопичным веществом, оно может физически измениться в объёме, температуре кипения, вязкости или какой-либо другой характеристике вещества. Например, мелкодисперсный гигроскопичный порошок соли со временем может стать комковатым из-за сорбции влаги из окружающей среды. Примерами гигроскопичных веществ являются: мёд , этанол , метанол , глицерин , концентрированная серная кислота , концентрированный раствор гидроксида натрия , безводный хлорид кальция . Из-за присутствия водяных паров в атмосфере , гигроскопические материалы должны храниться в запечатанных контейнерах. Для хранения гигроскопичных веществ в лаборатории можно использовать эксикатор .

История

Первые упоминания гигроскопичности встречаются в научной литературе в 1880-е годы. Виктор Жодин (Victor Jodin) рассматривал биологическую роль гигроскопичности, и отметил в журнале «Annales Agronomiques» в октябре 1897 г. то, что вес семян гороха при изменении влажности воздуха увеличивался или уменьшался вне зависимости от того, всхожие они или нет .

Марселен Бертло рассматривал гигроскопичность как физико-химический процесс. Согласно принципу обратимости Бертло, вода, выведенная из растительной ткани, может быть восстановлена за счёт ​​гигроскопических свойств этой ткани .

Лео Эррера рассматривал гигроскопичность с точки зрения физики и химии. В его мемуарах было дано определение явления, которое остается актуальным и по сей день. Согласно этому определению, гигроскопичность проявляется :

Проявление

Может проявляться в материалах капиллярно-пористой структуры благодаря капиллярной конденсации влаги в капиллярах при условии достаточно малого их диаметра, например, в древесине или зерне. Поглощение влаги пористыми материалами возрастает с увеличением влагосодержания воздуха и достигает максимума при относительной влажности воздуха 100% ; этот параметр носит название гигроскопическая влажность W _гиг , для древесины он составляет около 30%, пшеницы — 36% .

Также гигроскопичность проявляется у хорошо растворимых в воде вещества ( хлориды натрия и кальция , концентрированная серная кислота ), и особенно хорошо — у веществ, образующих кристаллогидраты . В этом случае может происходить отсыревание или расплывание ряда солей на воздухе .

Расплывание

Расплывание ( ), как и гигроскопичность, характеризуется сильным сродством вещества к воде и тенденцией поглощать влагу из атмосферы. Однако, в отличие от гигроскопичности, при которой сохраняется исходное фазовое состояние вещества, и меняется только содержание влаги в нём, расплывание предполагает поглощение большого количества воды с образованием в конечном итоге водного раствора. Большинство расплывающихся материалов представляют собой соли, в частности, таким свойством обладают хлорид кальция , хлорид магния , хлорид цинка , хлорид железа , карналлит , карбонат калия , фосфат калия , цитрат железа(III)-аммония , нитрат аммония , гидроксид калия и гидроксид натрия . Благодаря очень высокому сродству к воде эти вещества часто используются в качестве осушителей .

Применение

Гигроскопичные материалы применяются в качестве сорбентов для осушения воздуха. Например, гигроскопичность силикагеля используется для понижения влажности находящихся рядом предметов: электроники, одежды, обуви.

Разные материалы и соединения имеют отличающиеся гигроскопические свойства, что может привести к вредным эффектам, вроде концентрации напряжений в композиционных 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 .

Гигроскопичность некоторых веществ

Порох

Дымный порох обладает небольшой гигроскопичностью, поскольку его основным компонентом является нитрат калия . Энергетически и экономически выгодна натриевая селитра , но из-за высокой способности поглощать влагу при влажности воздуха более 70 % (при меньшей влажности высыхает) применяется в производстве пороха ограниченно, а наибольшее применение нашла калиевая селитра с малой гигроскопичностью.

Нитроцеллюлоза , в отличие от селитр, не 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. Существуют водосодержащие ВВ, характеристики которых зависят от гигроскопичности и воздействия влаги в малой степени.

Грунты

Гигроскопичность грунта является важной его характеристикой, определяется как влажность грунта гигроскопическая W _g — влажность грунта в воздушно-сухом состоянии, то есть в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружающего воздуха .

Строительные материалы

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 %.

Большинство лёгких пористых стеновых камней (лёгкие керамические камни , газобетон и пенобетон , керамзитобетон , известняк ) очень гигроскопичны — показатель может достигать 30 %, а некоторые известняки с Кипра набирают влажность до состояния сырой стены «на ощупь».

Кроме этого, на сыром основании они работают как фитиль керосиновой лампы , из-за капиллярного эффекта своей пористой структуры. Все лёгкие стеновые камни , требуют герметичной гидроизоляционной отсечки — от всех примыканий к стенам и монолитам с повышенной влажностью — отсечка стены должна быть только плёночного типа, гибкая, с полной водонепроницаемостью. Обычно так отрезают полу цокольный и 1-й этаж — от всех «мокрых» конструкций — фундамента , цоколя, подземной части цокольного этажа .

Общепринятая в СССР отсечка высокомарочным цементным раствором не работает — изначально подсос влаги в сухую стену она полностью не ограничивает — со временем циклы замораживания и оттаивания открывают и расширяют капилляры в растворе. Начинается постоянный подсос воды в толщу стены здания, новые порции влаги окончательно вымывают и открывают капилляры.

Необлегчённый кирпич менее подвержен капиллярному эффекту , но при отсутствии отсечки может вымокнуть на высоту нескольких этажей, до самой кровли .

Примечания