Porowatość chemiczna: charakterystyka, rodzaje i przykłady
Porowatość chemiczna to zdolność niektórych materiałów do wchłaniania lub przepuszczania pewnych substancji w fazie ciekłej lub gazowej przez puste przestrzenie obecne w ich strukturze. Mówiąc o porowatości, opisana jest część „pustych” lub pustych przestrzeni w danym materiale.
Jest to reprezentowane przez część objętości tych jam podzieloną przez objętość badanego materiału. Wielkość lub wartość liczbowa wynikająca z tego parametru może być wyrażona na dwa sposoby: wartość między 0 a 1 lub procent (wartość między 0 a 100%), aby opisać, ile materiału jest pustą przestrzenią.
Pomimo przypisywania wielu zastosowań w różnych gałęziach czystych nauk, stosowanych, materiałów, między innymi, główna funkcjonalność porowatości chemicznej jest związana ze zdolnością niektórych materiałów do absorpcji płynów; to znaczy płyny lub gazy.
Ponadto koncepcja ta analizuje wymiary i liczbę otworów lub „porów”, które sito lub częściowo przepuszczalna membrana ma w pewnych ciałach stałych.
Funkcje
Dwie substancje wchodzą w interakcje
Porowatość jest częścią objętościową założeń stałych, która jest z pewnością pusta i jest związana ze sposobem, w jaki oddziałują dwie substancje, dając specyficzne właściwości przewodnictwa, krystaliczności, właściwości mechanicznych i wiele innych.
Szybkość reakcji zależy od przestrzeni powierzchni ciała stałego
W reakcjach zachodzących między substancją gazową a ciałem stałym lub między cieczą a ciałem stałym, szybkość reakcji zależy w dużym stopniu od przestrzeni powierzchni ciała stałego, która jest dostępna, aby można było przeprowadzić reakcję.
Dostępność lub przenikalność zależy od porów
Dostępność lub przenikalność, jaką substancja może mieć na wewnętrznej powierzchni cząstki danego materiału lub związku, jest również ściśle związana z wymiarami i charakterystyką porów, a także ich liczbą.
Rodzaje porowatości chemicznej
Porowatość może być wielu typów (między innymi geologicznych, aerodynamicznych, chemicznych), ale jeśli chodzi o chemię, opisano dwa typy: masę i objętość, w zależności od rodzaju badanego materiału.
Masowa porowatość
Odnosząc się do porowatości masy, określa się zdolność substancji do absorpcji wody. W tym celu zastosowano poniższe równanie:
% P m = (m s - m 0 ) / m 0 x 100
W tej formule:
P m oznacza udział porów (wyrażony w procentach).
m s odnosi się do masy frakcji po zanurzeniu w wodzie.
m 0 opisuje masę dowolnej frakcji substancji przed jej zanurzeniem.
Porowatość objętościowa
Podobnie, w celu określenia objętościowej porowatości pewnego materiału lub proporcji jego wnęk, stosuje się następujący wzór matematyczny:
% P v = ρm / [ρm + (ρ f / P m )] x 100
W tej formule:
P v opisuje proporcję porów (wyrażoną w procentach).
ρ m odnosi się do gęstości substancji (bez zanurzenia).
ρf oznacza gęstość wody.
Przykłady porowatości chemicznej
Unikalne cechy niektórych materiałów porowatych, takie jak liczba wnęk lub wielkość ich porów, czynią je interesującym przedmiotem badań.
W ten sposób duża ilość tych substancji o ogromnej użyteczności znajduje się w przyrodzie, ale o wiele więcej można syntetyzować w laboratoriach.
Badanie czynników, które wpływają na jakość porowatości odczynnika, pozwala określić możliwe zastosowania i spróbować uzyskać nowe substancje, które pomagają naukowcom w dalszym rozwoju w dziedzinie nauk materiałowych i technologii.
Jednym z głównych obszarów, w których bada się porowatość chemiczną, jest kataliza, podobnie jak w innych obszarach, takich jak adsorpcja i separacja gazu.
Zeolity
Dowodem tego jest badanie materiałów krystalicznych i mikroporowatych, takich jak zeolity i struktura metali organicznych.
W tym przypadku zeolity stosuje się jako katalizatory w reakcjach przeprowadzanych za pomocą katalizy kwasowej, ze względu na ich właściwości mineralne jako porowaty tlenek, ponieważ istnieją różne typy zeolitów z porami o małych, średnich i dużych rozmiarach.
Przykładem zastosowania zeolitów jest proces krakingu katalitycznego, metoda stosowana w rafineriach ropy naftowej do produkcji benzyny z frakcji lub z ciężkiej ropy naftowej.
Organiczne struktury metalowe, które obejmują materiały hybrydowe
Inną klasą badanych związków są organiczne struktury metalowe, które obejmują materiały hybrydowe, utworzone z fragmentu organicznego, substancji wiążącej i fragmentu nieorganicznego, który stanowi podstawową podstawę tych substancji.
Stanowi to większą złożoność jego struktury w stosunku do opisanych powyżej zeolitów, a więc zawiera znacznie większe możliwości niż można sobie wyobrazić w przypadku zeolitów, ponieważ można je wykorzystać do projektowania nowych materiałów o unikalnych właściwościach.
Te organiczne struktury metalowe, mimo że stanowią grupę materiałów o niewielkim czasie badań, są produktem dużej liczby syntez do produkcji materiałów o wielu różnych strukturach i właściwościach.
Struktury te są dość stabilne termicznie i chemicznie, w tym jeden o szczególnym znaczeniu, który jest produktem kwasu tereftalowego i cyrkonu, wśród innych odczynników.
UiO-66
Substancja ta, zwana UiO-66, ma rozległą powierzchnię o odpowiedniej porowatości i innych właściwościach, co czyni ją idealnym materiałem do badań w obszarach katalizy i adsorpcji.
Inni
Wreszcie istnieje nieskończenie wiele przykładów zastosowań farmaceutycznych, badań gleby, w przemyśle naftowym i wielu innych, gdzie porowatość substancji jest wykorzystywana jako podstawa do uzyskania nadzwyczajnych materiałów i wykorzystania ich na rzecz nauki.
