Kjemisk porøsitet: Kjennetegn, Typer og Eksempler

Kjemisk porøsitet er evnen til visse materialer til å absorbere eller slippe gjennom bestemte stoffer i flytende eller gassfase, gjennom tomme rom som er tilstede i deres struktur. Når man snakker om porøsitet, er delen av "hule" eller tomme mellomrom i et gitt materiale beskrevet.

Det er representert av volumdelen av disse hulrom delt på volumet av det totale materialet som er studert. Størrelsen eller tallverdien som følge av denne parameteren kan uttrykkes på to måter: en verdi mellom 0 og 1 eller en prosentandel (verdi mellom 0 og 100%), for å beskrive hvor mye av et materiale som er tomt.

Til tross for å bli tilskrevet flere bruksområder i forskjellige grener av de rene vitenskapene, blir anvendt materialer, blant annet, den viktigste funksjonaliteten til kjemisk porøsitet knyttet til evnen til visse materialer for å tillate opptak av væsker; det vil si væsker eller gasser.

I tillegg analyserer dette konseptet dimensjonene og antall hull eller "porer" som en sik eller en delvis gjennomtrengelig membran har i visse faste stoffer.

funksjoner

To stoffer samhandler

Porøsitet er volumdelen av en solid antagelse som er absolutt hul og er relatert til måten to substanser interagerer med, noe som gir spesifikke egenskaper for konduktivitet, krystallinske, mekaniske egenskaper og mange andre.

Reaksjonshastigheten avhenger av overflaten av det faste stoffet

I reaksjonene som oppstår mellom en gassformig substans og et fast stoff eller mellom en væske og et faststoff, avhenger hurtigheten av en reaksjon i stor grad av overflaten av det faste stoffets overflate som er tilgjengelig slik at reaksjonen kan utføres.

Tilgjengelighet eller gjennomtrengelighet er avhengig av porene

Tilgjengeligheten eller gjennomtrengelighet som et stoff kan ha på den indre overflate av en partikkel av et gitt materiale eller en forbindelse, er også nært beslektet med dimensjonene og egenskapene til porene, så vel som antallet derav.

Typer av kjemisk porøsitet

Porøsiteten kan være av mange typer (geologisk, aerodynamisk, kjemisk), men når det gjelder kjemi, beskrives to typer: masse og volum, avhengig av hvilken type materiale som studeres.

Masseporøsitet

Når man refererer til masseporøsiteten, bestemmes evnen til et stoff for å absorbere vann. For dette blir ligningen vist nedenfor:

% P _m = (m _s - m ₀ ) / m ₀ x 100

I denne formelen:

P _m representerer andelen porer (uttrykt som prosentandel).

m _s refererer til fraksjonens masse etter å ha blitt nedsenket i vann.

m ₀ beskriver massen av en hvilken som helst del av stoffet før det senkes.

Volumetrisk porøsitet

På samme måte, for å bestemme den volumetriske porøsiteten til et bestemt materiale eller andelen av dens hulrom, anvendes følgende matematiske formel:

% P _v = ρ _m / [p _m + (p _f / P _m )] x 100

I denne formelen:

P _v beskriver andelen porer (uttrykt som prosentandel).

ρ _m refererer til tettheten av stoffet (uten nedsenking).

p _f representerer tettheten av vann.

Eksempler på kjemisk porøsitet

De unike egenskapene til noen porøse materialer, som antall hulrom eller størrelsen på porene, gjør dem til et interessant objekt å studere.

På denne måten finnes en stor mengde av disse stoffene av enorm nytte, men mange flere kan syntetiseres i laboratorier.

Undersøkelse av faktorene som påvirker porøsitetskvaliteten til et reagens, gjør det mulig å bestemme hvilke mulige anvendelser det har, og å forsøke å skaffe nye stoffer som hjelper forskere til å fortsette å utvikle seg innen materialvitenskap og teknologi.

Et av hovedområdene der kjemisk porøsitet studeres, er i katalyse, som i andre områder som gassadsorpsjon og separasjon.

zeolitter

Bevis for dette er undersøkelsen av krystallinske og mikroporøse materialer, slik som zeolitter og strukturen av organiske metaller.

I dette tilfelle benyttes zeolitter som katalysatorer i reaksjoner som utføres ved hjelp av syrekatalyse, på grunn av deres mineralegenskaper som porøst oksid, siden det finnes forskjellige typer zeolitter med små, mellomstore og store porene.

Et eksempel på bruk av zeolitter er i katalytisk krakkingsprosess, en metode som brukes i petroleumraffinaderier for å produsere bensin fra en brøkdel eller kutt fra tung råolje.

Organiske metallstrukturer som involverer hybridmaterialer

En annen klasse av forbindelser som undersøkes er de organiske metallstrukturer som involverer hybridmaterialer, skapt fra et organisk fragment, bindingsstoffet og et uorganisk fragment som utgjør det grunnleggende grunnlaget for disse stoffene.

Dette representerer en større kompleksitet i sin struktur i forhold til den for zeolittene beskrevet ovenfor, så det omfatter mye større muligheter enn tenkelig for zeolitter, siden de kan brukes til utforming av nye materialer med unike egenskaper.

Til tross for at det er en gruppe materialer med liten studietid, har disse organiske metallstrukturer vært et produkt av et stort antall syntese for å produsere materialer med mange forskjellige strukturer og egenskaper.

Disse strukturene er ganske stabile termisk og kjemisk, inkludert en spesiell interesse som er et produkt av tereftalsyre og zirkonium, blant annet reagenser.

UiO-66

Dette stoffet, kalt UiO-66, har en omfattende overflate med tilstrekkelig porøsitet og andre egenskaper som gjør det til et ideelt materiale for studier innen katalyse og adsorpsjon.

andre

Til slutt er det et uendelig eksempel på farmasøytiske anvendelser, jordundersøkelser, oljeindustrien og mange andre hvor stoffets porøsitet brukes som grunnlag for å skaffe ekstraordinære materialer og bruke dem til fordel for vitenskapen.