Гигроскопичность

Гигроскопичность – это способность отдельных веществ поглощать влагу. В нашем случае она заключается в поглощении водного пара и его связывании в кристаллической решетке соли. Множество химических веществ обладают меньшими или большими способностями связывания влаги, но одним из наиболее гигроскопических веществ, используемым для производства аквариумной соли является хлорид кальция CaCl₂. Эта соль также известна в безводной форме (CaCl₂), как моногидрат (CaCl₂·H₂O), дигидрат (CaCl₂·2H₂O) и гексагидрат (CaCl₂·6H₂O). Чем меньше воды содержится в соли, тем сильнее ее гигроскопические свойства. Хлорид кальция может настолько интенсивно поглощать влагу, что он превращается из кристаллической формы в раствор. Но следует обратить внимание на тот факт, что интенсивность гигроскопичности зависит также от влажности воздуха. Хранимая и регулярно открываемая во влажных помещениях соль будет больше подвержена данному эффекту. При гидратации хлорида кальция, конечно же, также изменяется его молярная масса. Безводная форма весит около 111 г/моль, а гексагидрат – 219 г/моль. Это несомненно имеет значение при оценке эффективности соли.

Фото 6 – Кристаллы CaCl₂ настолько интенсивно поглощают воду из воздуха, что превращаются в раствор.

Эффект гигроскопичности, конечно же, является вредным свойством морской соли, а что еще хуже – мы не можем полностью его устранить. Если он выражен слабо, то это не влияет на качество и стабильность параметров соли, но в длительной перспективе это может привести к вредным химическим реакциям, например, к осаждению карбонатов.

Давайте посмотрим на рисунок ниже. Кристаллы CaCl₂ поглощают влагу из воздуха, повышая свою гидратацию. До определенного момента кристаллы CaCl₂ сохраняют свою связность, но через определенный период времени увеличение количества молекул воды ведет к тому, что ионные силы начинают «вырывать» отдельные ионы из кристаллической решетки хлорида кальция. Кристаллическая структура начинает рушиться, а свободные ионы начинают переходить в водный раствор ионов Ca²⁺ и Cl^–. В момент, когда раствор «коснется» кристалла NaHCO₃, произойдет диссоциация гидрокарбоната и реакция между катионами Ca²⁺ и анионами CO₃^2-, что приведет к осаждению карбоната кальция в виде осадка по причине его очень слабой растворимости. Этот процесс ухудшает параметры соли.

                             влага             Осадок СаСО₃

Рисунок 7 – Очень гигроскопический хлорид кальция CaCl₂ может вызвать реакцию с гидрокарбонатом NaHCO₃ (я опускаю наличие протонов для упрощения рисунка)

С вышеописанным явлением связана возможность окаменения соли. Если мы работаем c солью в условиях изменчивой влажности и температуры, то связанная в соли влажность может „склеить” кристаллы, вызывая слипание рассыпчатой соли в один комок. Пока мы получаем прозрачный раствор, с параметрами не должны быть проблемы. Но явное помутнение может быть сигналом для проверки параметров соляного раствора, прежде всего в области KH, Ca и Mg.

Гигроскопичность является естественным свойством соли. Некоторые производители добавляют к ней добавки против слеживания, которые должны защищать соль от вышеупомянутых последствий увлажнения. В промышленности используется много типов добавок против слеживания в зависимости от потребностей. В поваренной соли используется ферроцианид калия, но я нашел заявление Рона Шимка, что ферроцианид калия или натрия не используется в аквариумистике. Другим популярным веществом против слеживания являются алюмосиликаты – полностью нерастворимые в воде, с сильной способностью связывания влажности. Но поскольку производители не готовы делиться такой информацией, то я не нашел сведения о конкретных веществах против слеживания, используемых в морских солях.

Гигроскопичность – образцы 7 г через 10 минут

                                                                                  Гигроскопичность

Диаграмма 8 – Изменение веса семиграммовых образцов через 10 минут при относительной влажности воздуха 48% (темп. 22,7˚C) (больше = хуже)

Диаграмма подтверждает предыдущее утверждение, что любая соль будет поглощать влагу с воздуха. Лучше всего с этой точки зрений выглядит соль Tropic Marine, вес которой вырос только на 0,05 г, что является приростом на 0,71 %. В этом же исследовании соль Aquaforest  увеличила свой вес на 0,12 г,  что является приростом на 1,71% веса.

Заданием первого теста была демонстрация восприимчивости соли к кратковременному доступу воздуха. Это наиболее распространенная ситуация, например, при еженедельной частичной замене воды. В свою очередь, второй тест должен был показать восприимчивость соли к длительному доступу воздуха. Такие ситуации происходят вследствие неплотного закрытия или повреждения упаковки.

Фото 8a – Отмерено по 100 г каждой соли и оставлено на 20 часов

Через 20 часов все образцы были вновь взвешены, а прирост веса показан на Диаграмме 8d. После взвешивания все образцы были максимально деликатно извлечены из формочек.

Фото 8b – изображены образцы соли сразу после извлечения из формочек

Четко видно, что соли AF, IO и RC вследствие поглощенной влажности сохранили форму формочек, в которых они находились в течение последних 20 часов. Остальные соли сохранили некоторую сыпучесть. Но та часть, которая контактировала с воздухом, теперь присыпана более глубокими слоями соли, до которых не доходил воздух. При более подробном рассмотрении оказалось, что:

Соль AF, несмотря на первоначальное сохранение формы формочки, очень легко рассыпается, вплоть до того, что образуется твердый кружочек соли. В конце концов, кружочек раскрошился на небольшие комочки.

Соли BT, H2O и RSCP, сохранившие максимальную сыпучесть, также образовали склеенные кружочки, но они очень легко крошились в пальцах, не оставляя комочков. 

Соли RC и IO совсем провалили данный тест, полностью окаменев. Нужно было приложить довольно много усилия, чтобы раскрошить затвердевшую соль. Несмотря на это, не удалось достигнуть нормальной сыпучести.

Соль TM, в принципе, прошла данный тест наилучшим образом. Первоначально затвердевший кружочек рассыпался в пальцах.

Вот как выглядели образцы после аккуратного устранения сыпучих слоев соли:

Фото 8c – Образцы исследуемых солей после устранения сыпучих слоев.

В отличие от предыдущего теста на поглощение влаги, где образцы были рассыпаны на пластиковом основании, здесь они были оставлены в малых формочках на длительное время, а доступ воздуха к форме был только сверху. 

Гигроскопичность – образцы 100 г через 20 часов

Гигроскопичность

Диаграмма 8d – Изменение веса стограммовых образцов соли через 20 часов (больше = хуже)

Соль AF, которая в кратком тесте наиболее быстро «пила» влагу, здесь оказалась в середине списка. Из этого следует, что AF быстро увлажняется, но влажный верхний слой изолирует более низкие слои. С другой стороны, соль ТМ, которая в быстром тесте показала самый низкий уровень увлажнения, в двадцатичасовом тесте поглотила максимальное количество воды.

Пластинку с образцами соли я также оставил на 20 часов. На фотографии показан внешний вид образцов по истечении этого времени.

Фото 8e – внешний вид образцов через 20 часов подтверждает гигроскопичность соли. Все образцы продемонстрировали эффект стеклования. Но наиболее стеклообразными были образцы солей AF, IO, RC.

Ниже я демонстрирую фотографии малого образца каждой соли. Четко видно, что исследуемые соли не являются однородными. Разница в размере гранул может оказывать существенное влияние на расслоение соли. Во время перевозки, переноса или вследствие вибрации деревянного пола более мелкие гранулы опускаются на дно, а более крупные остаются сверху. Это может объяснить, почему некоторые параметры соли могут отличаться вначале и в конце одной и той же упаковки. Однако, следует помнить, что во время обычного использования соль крошится и трется, образуя соляную пыль, которая опускается на дно.

Сложно однозначно утверждать, но с точки зрения однородности хуже все выглядела соль TM, а лучше всех – IO и RC. Возможно, на фотографиях этого не видно, но моя субъективная оценка следует также из того, что в последнее время я провел много времени, работая с этими солями.

Фото 9 – «Макро» фотографии тестируемых солей. На фото в нижнем правом углу представлен эффект увлажнения солей. Все семь солей держались основания при повороте «вверх ногами».

Все разделы статьи можно прочитать здесь:

Часть 1

Часть 2

Часть 3

Часть 4

Часть 5

Видео - Морской рифовый аквариум на 130 литров с задним сампом, часть 2