KEMISK PORØSITET: EGENSKABER, TYPER OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Den kemiske porøsitet er visse materialers evne til at absorbere eller passere gennem visse andre stoffer i væske- eller gasfase ved hjælp af hulrum, der findes i dens struktur. Når vi taler om porøsitet, beskrives delen af ​​"hule" eller tomme rum i et bestemt materiale.

Det er repræsenteret af den del af volumenet af disse hulrum divideret med volumenet af totaliteten af ​​det studerede materiale. Størrelsen eller den numeriske værdi, der følger af denne parameter, kan udtrykkes på to måder: en værdi mellem 0 og 1 eller en procentdel (værdi mellem 0 og 100%) for at beskrive, hvor meget af et materiale der er tom plads.

På trods af det faktum, at flere anvendelser tilskrives det i forskellige grene af rene, anvendte materialevidenskaber, blandt andet, er den vigtigste funktionalitet af kemisk porøsitet knyttet til evnen hos et bestemt materiale til at tillade absorption af væsker; det vil sige væsker eller gasser.

Derudover analyseres dimensioner og mængden af ​​hulrum eller "porer", som en sigte eller en membran, der er delvis permeabel i bestemte faste stoffer, gennem dette koncept.

egenskaber

To stoffer interagerer

Porøsitet er den del af volumenet af et formodet fast stof, der helt sikkert er hult og er relateret til den måde, hvorpå to stoffer interagerer, hvilket giver det specifikke egenskaber for ledningsevne, krystallinsk, mekanisk egenskaber og mange andre.

Reaktionshastigheden afhænger af pladsen på den faste overflade

I reaktioner, der forekommer mellem et gasformigt stof og et fast stof eller mellem en væske og et fast stof, afhænger hastigheden af ​​en reaktion stort set af det rum på overfladen af ​​det faste stof, der er tilgængeligt for reaktionen at finde sted.

Tilgængelighed eller penetrabilitet afhænger af porer

Tilgængeligheden eller penetrabiliteten, som et stof kan have på den indvendige overflade af en partikel af et givet materiale eller en forbindelse, er også tæt knyttet til porernees dimensioner og karakteristika såvel som antallet af dem.

Typer af kemisk porøsitet

Porøsitet kan være af mange typer (geologisk, aerodynamisk, kemisk, blandt andre), men når man beskæftiger sig med kemi, beskrives to typer: masse og volumetrisk, afhængigt af materialeklassen, der studeres.

Masseporøsitet

Ved at henvise til masseporøsiteten bestemmes et substans evne til at absorbere vand. Til dette bruges ligningen vist nedenfor:

% P _m = (m _s - m ₀) / m ₀ x 100

I denne formel:

P _m betegner andelen af porer (udtrykt i procent).

m _s refererer til massen af ​​fraktionen efter at være nedsænket i vand.

m ₀ beskriver massen af ​​en hvilken som helst fraktion af stoffet, inden det blev nedsænket.

Volumetrisk porøsitet

Til bestemmelse af volumetrisk porøsitet af et bestemt materiale eller andelen af ​​dets hulrum anvendes der tilsvarende matematiske formel:

% P _v = p _m / x 100

I denne formel:

P _v beskriver andelen af ​​porer (udtrykt i procent).

ρ _m refererer til stoffets densitet (ikke nedsænket).

ρ _f repræsenterer vandets densitet.

Eksempler på kemisk porøsitet

De unikke egenskaber ved nogle porøse materialer, såsom antallet af hulrum eller størrelsen på deres porer, gør dem til et interessant genstand for undersøgelse.

Således findes et stort antal af disse ekstremt nyttige stoffer i naturen, men mange flere kan syntetiseres i laboratorier.

Undersøgelse af de faktorer, der har indflydelse på porensitetskvaliteterne af et reagens, giver os mulighed for at bestemme de mulige anvendelser, det har, og prøve at få nye stoffer, der hjælper forskere med at fortsætte med at udvikle sig inden for materialevidenskab og teknologi.

Et af de vigtigste områder, hvor kemisk porøsitet undersøges, er katalyse, ligesom i andre områder, såsom gasadsorption og -separation.

Zeolitter

Et bevis herpå er undersøgelsen af ​​krystallinske og mikroporøse materialer, såsom zeolitter og strukturen af ​​organiske metaller.

I dette tilfælde anvendes zeolitter som katalysatorer i reaktioner, der udføres ved hjælp af syrekatalyse, på grund af deres mineralegenskaber som porøs oxid, og der er forskellige typer zeolitter med små, mellemstore og store porer.

Et eksempel på brugen af ​​zeolitter er i den katalytiske krakningsproces, en fremgangsmåde der anvendes i petroleumraffinaderier til at producere benzin fra en brøkdel eller skåret fra tung råolie.

Organiske metalstrukturer, der involverer hybridmaterialer

En anden klasse af forbindelser, der undersøges, er strukturer af organiske metaller, der involverer hybridmaterialer, skabt af et organisk fragment, det bindende stof og et uorganisk fragment, der udgør det grundlæggende grundlag for disse stoffer.

Dette repræsenterer en større kompleksitet i dens struktur i forhold til zeolitterne beskrevet ovenfor, derfor inkluderer den meget større muligheder end dem, der kan tænkes for zeolitter, da de kan bruges til design af nye materialer med unikke egenskaber.

På trods af at de er en gruppe af materialer med lidt studietid, har disse organiske strukturer af metaller været produktet af et stort antal synteser til fremstilling af materialer med mange forskellige strukturer og egenskaber.

Disse strukturer er temmelig stabilt termisk og kemisk, herunder en af ​​særlig interesse, der er produktet af terephthalsyre og zirconium, blandt andre reagenser.

UiO-66

Dette stof, kaldet UiO-66, har en stor overflade med tilstrækkelig porøsitet og andre egenskaber, der gør det til et optimalt materiale til undersøgelser inden for katalyse og adsorption.

Andre

Endelig er der utallige eksempler i farmaceutiske anvendelser, jordforskning, i olieindustrien og mange andre, hvor porøsiteten af ​​stoffer bruges som grundlag for at opnå ekstraordinære materialer og bruge dem til fordel for videnskab.

Referencer

1. Lillerud, KP (2014). Porøse materialer. Gendannes fra mn.uio.no
2. Joardder, MU, Karim, A., Kumar, C. (2015). Porøsitet: Etablering af forholdet mellem tørreparametre og tørret madkvalitet. Gendannes fra books.google.co.ve
3. Burroughs, C., Charles, JA et al. (2018). Encyclopedia Britannica. Gendannes fra britannica.com
4. Rice, RW (2017). Porøsitet af keramik: Egenskaber og applikationer. Gendannes fra books.google.co.ve