IGROSCOPICITÀ: CONCETTO, SOSTANZE IGROSCOPICHE, ESEMPI - FISICO - 2026

L' igroscopicità è la proprietà posseduta da alcune sostanze di assorbire o espellere molecole d'acqua verso o dall'ambiente circostante. Una sostanza igroscopica ha la capacità di assorbire (o espellere) il vapore acqueo dall'aria circostante, fino al raggiungimento di un certo equilibrio di umidità o fino a quando la sostanza non si satura.

Ogni sostanza ha una caratteristica umidità di equilibrio. Quando l'ambiente ha questo grado di umidità, la velocità con cui la sostanza cattura le molecole ambientali dell'acqua è uguale al numero di molecole rilasciate.

Figura 1. Il gel di silice è considerato una sostanza igroscopica. Fonte: Pixabay.

Da parte sua, l'umidità dell'aria è dovuta al vapore acqueo atmosferico derivante dall'evaporazione da varie fonti come il mare, i fiumi, l'acqua nel terreno, la respirazione e la traspirazione di piante e animali, tra le altre fonti.

La quantità di molecole di vapore trattenute nell'aria dipende dalla temperatura dell'aria. Maggiore è la temperatura, maggiore è la ritenzione delle molecole d'acqua nell'aria. Ma se l'umidità ambientale è superiore all'umidità di equilibrio di un determinato materiale, il materiale raccoglierà le molecole d'acqua dall'ambiente.

Materiali e sostanze che hanno una bassa umidità di equilibrio vengono utilizzati come essiccatori ambiente, questo è il caso del gel di silice mostrato in figura 1 e del cloruro di calcio.

Sostanze igroscopiche

Le sostanze che catturano il vapore acqueo dall'aria o dal liquido che le circonda sono sostanze igroscopiche e vengono utilizzate come essiccanti ambientali, come abbiamo detto.

Per quanto riguarda il meccanismo d'azione delle sostanze igroscopiche, esistono fondamentalmente due tipi:

-Le molecole d'acqua sono intrappolate nella struttura cristallina della sostanza, senza reagire chimicamente con essa.

-Si verifica una reazione chimica tra le molecole d'acqua e la sostanza in questione.

Nel primo caso è presente il solfato di sodio, mentre nel secondo sono presenti i metalli alcalini e gli idruri, che reagiscono fortemente con l'acqua.

Altre sostanze o materiali igroscopici sono:

-Carta

-Fibre di cotone

-Legna

-Zucchero

-Miele

-Alcuni alcoli come l'etanolo e il metanolo

-Vendite come idrossido di sodio, cloruro di calcio, cloruro di sodio.

Alcune delle sostanze igroscopiche tendono a dissolversi nell'acqua che assorbono, come i sali, lo zucchero o il miele. Una sostanza che si dissolve nell'acqua assorbita da sola è chiamata sostanza deliquescente.

Coefficiente di espansione igroscopica

I materiali o le sostanze che intrappolano l'umidità possono espandersi, in questo caso provocando sollecitazioni o deformazioni sui materiali circostanti. È il caso delle vecchie batterie che catturano l'umidità ambientale, espandendo e facendo scoppiare il loro imballaggio.

Un altro caso simile si verifica con le copertine laminate dei libri, che consistono in una faccia di cartone che assorbe l'umidità, mentre il film plastico no. In un ambiente molto umido il cartone assorbe l'acqua e si espande, provocando il cedimento del coperchio verso l'esterno.

La caratteristica descritta nel paragrafo precedente, della dilatazione differenziale per idratazione di due materiali differenti, è stata utilizzata per la costruzione di strumenti per la misura dell'umidità ambientale, come l'igrometro.

L'igrometro

L'igrometro è lo strumento utilizzato per misurare l'umidità ambientale. Gli strumenti progettati per questo scopo effettuano una misura indiretta dell'umidità ambientale.

Ad esempio, potrebbe essere una variazione meccanica dovuta all'assorbimento di umidità da parte della sostanza che funge da sensore.

Figura 2. Igrometro a spirale bilayer (metallo - carta impregnata di sale). Fonte: Wikimedia Commons.

La capacità elettrica di due piastre metalliche separate dall'aria può variare leggermente, a causa delle variazioni di umidità nell'ambiente.

La resistività elettrica di alcuni materiali può anche essere sensibile ai cambiamenti dell'umidità ambientale. Sono queste proprietà che vengono utilizzate come sensori di umidità.

Esiste un particolare tipo di igrometro chiamato psicrometro che calcola l'umidità in base alla differenza di temperatura di due termometri: uno con il bulbo secco e l'altro con il bulbo umido.

RH

Gli igrometri generalmente misurano l'umidità relativa dell'aria. Viene definito come il quoziente tra l'umidità dell'aria diviso per l'umidità dell'aria satura e moltiplicato per 100. Pertanto, l'umidità relativa è convenientemente espressa in percentuale.

Una formula che permette la determinazione dell'umidità relativa è la seguente:

In questa espressione Pv è la tensione di vapore e Pvs la pressione di vapore di saturazione.

Per garantire che l'aria sia satura di vapore acqueo, viene cercato il punto di rugiada. Consiste nel ridurre la temperatura a un punto tale che l'aria non ammetta più vapore acqueo e inizi a condensare su oggetti freddi come metalli e vetro.

La misurazione dell'umidità al punto di rugiada è del 100% sulla scala dell'umidità relativa.

Umidità specifica

Un'altra quantità molto utile è l'umidità specifica. È definito come il numero di grammi di vapore acqueo per 1000 grammi di aria umida e per determinarlo viene utilizzata la seguente relazione:

- Esempio 2 (esperimento domestico)

L'esperimento che segue è una dimostrazione pratica e visiva dell'igroscopicità del legno, cioè della sua capacità di assorbire acqua e produrre espansione e forze.

Prendi cinque stuzzicadenti di legno e dividili a metà, ma senza separarli completamente. Vengono quindi disposti in cerchio come quello mostrato nella figura seguente:

Figura 3. Disposizione iniziale degli stuzzicadenti secchi e rotti al centro. Fonte: raulexperimentos.blogspot.com

Al centro viene posta una goccia d'acqua. Non appena la goccia d'acqua cade al centro della disposizione dei bastoncini di legno, tende ad espandersi per l'adsorbimento (da non confondere con l'assorbimento) dell'acqua attraverso le fibre del legno.

In breve tempo il legno sembra prendere vita per la sua graduale espansione e dopo circa 1 minuto il risultato è come si vede nella figura seguente.

Figura 4. Disposizione finale degli stuzzicadenti a causa dell'assorbimento di umidità. Fonte: raulexperimentos.blogspot.com

Riferimenti

1. Biostudy. 2 chiavi di materiali naturali. Igroscopicità e diffusione del vapore. Estratto da: mirencaballerobioestudio.com
2. raulexperiments. Legno, anisotropia e igroscopia: nasce una stella. Estratto da: raulexperimentos.blogspot.com
3. TIS. Igroscopicità / comportamento sorprendente. Estratto da: tis-gdv.de
4. Wikipedia. Igrometro. Estratto da: es.wikipedia.com
5. Wikipedia. Igroscopicità. Estratto da: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Umidità assoluta. Estratto da: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Umidità dell'aria. Estratto da: es.wikipedia.com
8. Wikipedia. RH. Estratto da: es.wikipedia.com
9. Wikipedia. Hygroscopy. Estratto da: en.wikipedia.com