Классификация веществ
1. Растворимые в воде вещества
1.1. Твердые кристаллические вещества, растворимые в воде
1.1.1.Общая характеристика
Твердые кристаллические вещества, растворимые в воде, – это хлорид натрия, сахар, медный купорос и др. При поглощении паров воды из окружающего воздуха на поверхности кристаллов этих веществ образуется насыщенный раствор, который и определяет гигроскопические свойства этих веществ. При дальнейшем поглощении паров воды все кристаллы растворяются, и образуется разбавленный раствор. Гигроскопический процесс может быть направлен в обратную сторону, если относительная влажность воздуха понизилась, при этом раствор будет высыхать, и из него будет кристаллизоваться то же вещество. Гигроскопичность твердых растворимых веществ описана в монографиях: Терещенко А.Г. "Гигроскопичнсоть и слёживаемость растворимых веществ" Томск, ТПУ 2011 - 79 с. и Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1947. - 239 с.
1.1.2. Гигроскопичность чистых веществ
1.1.3. Гигроскопические точки – некоторые зависимости и взаимосвязи
Взаимосвязи растворимости и гигроскопичности, влияние температуры. Понятие «активность воды».
1.1.4. Кинетика влагопоглощения
Кинетика абсорбции паров воды растворимым веществом - гигроскопический (массообменный) процесс.
1.2. Гигроскопические свойства технических продуктов
1.2.1. Общая характеристика технического кристаллического химического продукта, растворимого в воде
Технический продукт – это вещество, получаемое в технологическом процессе, содержащее, кроме основного компонента, и другие компоненты, примеси, влияющие на свойства продукта. Гигроскопические свойства технического продукта, растворимого в воде, определяются характеристиками насыщенного раствора (hг.т.), находящегося на поверхности его кристаллов, давлением паров воды над этим раствором. Однако этот насыщенный раствор на кристаллах технического продукта уже не будет постоянного состава, что будет сказываться на гигроскопических свойствах продукта.
1.2.2. Изотерма абсорбции паров воды продуктом с гетерогенной примесью
Продукт с гетерогенной примесью - это когда примесь и основное вещество представляют собой различные твердые фазы, поэтому при абсорбции паров воды на кристаллах продукта образуется раствор, насыщенный двумя компонентами, с другими гигроскопическими свойствами по сравнению с чистым веществом.
1.2.3. Диаграмма растворимости двух солей в воде
Для лучшего понимания свойств изотермы абсорбции паров воды техническим продуктом с примесью удобно анализировать её совместно с диаграммой растворимости двух солей. Вначале рассмотрим диаграмму растворимости двух солей в прямоугольных координатах.
1.2.4. Совместное рассмотрение диаграммы растворимости двух солей и изотермы сорбции.
1.2.5. Технические продукты с двумя примесями и более.
Рассмотрим влияние двух гетерогенных примесей, как по отдельности, так и вместе на гигроскопические свойства технического продукта на примере натриевой селитры.
1.2.6. Гигроскопичность продукта с гомогенной примесью.
Технические продукты, в которых основной компонент образует с гомогенной примесью твердый раствор, мало отличаются по гигроскопическим свойствам от свойств чистых веществ. Так как растворы в твердой фазе образуются у веществ, имеющих достаточно близкие физико-химические свойства, том числе и по давлению паров воды над насыщенными растворами.
1.2.7. Кинетика поглощения паров воды из воздуха техническим продуктом.
Кинетика поглощения паров воды техническими продуктами с гомогенной примесью мало отличаются от кинетики сорбции чистых веществ, Скорость сорбции паров воды продуктом с гетерогенной примесью в начальный момент может быть в несколько раз выше, чем чистым веществом, так как движущая сила процесса у технического продукта (φв – КОВ) может быть в несколько раз выше, чем (φв – h*г.т.) у чистого вещества. Т.е. скорость и кинетика сорбции паров воды техническим продуктом в начальный момент отражает примесный состав продукта, а не свойства основного компонента.
1.3. Растворимые кристаллогидраты
1.3.1. Общая характеристика растворимых кристаллогидратов
С точки зрения гигроскопичности кристаллогидраты, при относительной влажности окружающего воздуха выше гигроскопической точки их насыщенных растворов, ведут себя как обычные растворимые вещества. Но при влажности воздуха ниже их гигроскопической точки из насыщенного раствора выпадают не безводные кристаллы, а кристаллы, содержащие воду в своем химическом составе (кристаллогидраты).
1.3.2.Стехиометрические стабильные кристаллогидраты
В качестве фундаментальной монографии на эту тему можно порекомендовать учебное пособие Увалиева Ю.К. Исследование превращений кристаллогидратов некоторых солей. Усть-Каменогорск: Изд-во ВКГУ им. С. Аманжолова, 2005. - 175 с. Типичным представителем стабильного среднего растворимого в воде кристаллогидрата является медный купорос – пентагидрат сульфата меди (II). Кристаллы медного купороса малогигроскопичны, абсорбция ими паров воды начинается при относительной влажности воздуха ≥ 97,6 % о.в.в. с образованием насыщенного раствора. Вместе с тем, при снижении относительной влажности воздуха (в диапазоне 97 - 46 % о.в.в.) наступает дегидратация (выветривание) синих прозрачных кристаллов пентагидрата сульфата меди до бледно-голубоватых кристаллов тригидрата. При более низкой влажности воздуха дегидратация проходит до моногидрата, при относительной влажности ниже 2,5 % моногидрат превращается в безводные кристаллы. Эти процессы очень медленные.
Раствор ↔ CuSO4•5H2O ↔ CuSO4•3H2O ↔ CuSO4•H2O ↔ CuSO4
Более широкая картина влияния относительной влажности воздуха, состава образца и температуры показана на примере переходов "безводные кристаллы - гидрат" для моногидрата лимонной кислоты.
2. Нерастворимые в воде вещества
2.1. Общая характеристика нерастворимых в воде веществ
2.2. Технические пористые, аморфные продукты
2.3. Нерастворимые продукты, содержащие растворимые примеси (добавки)
2.4. Кристаллогидраты, не растворимые в воде
2.5. Нерастворимые негигроскопичные вещества
3. Полимеры
3.1. Набухающие полимеры
3.2. Полимеры, растворимые в воде
3.3. Полимерные нити, ткани, полотна
4. Порошки металлов
4.1. Порошки металлов.
Гигроскопичность порошков металлов определяется хемосорбцией паров воды: предварительно пары воды сорбируются на поверхности металла (окиси металла), затем в зависисмости от активности металла происходит или не происходит реактция воды с металлом. Этот процесс сильно зависит от дисперсности металла, алюминиевая ложка не реагирует с водой, а порошок алюминия реагирует с парами воды, эта химическая реакция порошка Al с парами воды характеризуется индукционным периодом. Длительность индукционного периода зависит от марки порошка, от температуры и относительной влажности воздуха, при этом водород, выделяющийся по этой химреакции с водой является автокатализатором этого процесса.
4.2. Нанопорошки металлов, получаемые электровзывом проволочек.
Гигроскопичность нанопорошков металлов мало изучена (вот например, нанопорошок алюминия), что косвенно говорит о том, что особых проблем с этим нет.
5. Вещества, химически взаимодействующие с водой
6. Сложные композиционные продукты, материалы и смеси
7. Природные (растительные и животные) продукты
8. Жидкости, растворимые в воде
9. Жидкости, не смешивающиеся с водой