Porozitatea chimică: Caracteristici, tipuri și exemple

Porozitatea chimică este capacitatea anumitor materiale de a absorbi sau de a lăsa prin anumite substanțe în fază lichidă sau gazoasă, prin spații goale prezente în structura lor. Când vorbim despre porozitate, este descrisă porțiunea de spații goale sau goale într-un material dat.

Este reprezentat de porțiunea de volum a acestor cavități împărțită la volumul materialului total studiat. Valoarea magnitudinii sau valoarea numerică care rezultă din acest parametru poate fi exprimată în două moduri: o valoare între 0 și 1 sau un procentaj (valoare între 0 și 100%), pentru a descrie cât de mult dintr-un material este spațiu gol.

În ciuda faptului că sunt atribuite multiple utilizări în diferite ramuri ale științelor pure, materiale aplicate, printre altele, funcționalitatea principală a porozității chimice este legată de capacitatea anumitor materiale de a permite absorbția fluidelor; adică lichide sau gaze.

În plus, acest concept analizează dimensiunile și numărul de găuri sau "pori" pe care o sită sau o membrană parțial permeabilă o are în anumite solide.

caracteristici

Două substanțe interacționează

Porozitatea este porțiunea de volum a unei ipoteze solide care este cu siguranță goală și este legată de modul în care două substanțe interacționează, dând caracteristici specifice de conductivitate, proprietăți cristaline, mecanice și multe altele.

Viteza de reacție depinde de spațiul de suprafață al solidului

În reacțiile care apar între o substanță gazoasă și un solid sau între un lichid și un solid, rapiditatea unei reacții depinde într-o mare măsură de spațiul suprafeței solidului care este disponibil astfel încât reacția poate fi efectuată.

Accesibilitatea sau penetrabilitatea depinde de pori

Accesibilitatea sau penetrarea pe care o substanță o poate avea pe suprafața interioară a unei particule dintr-un material sau compus dat este de asemenea strâns legată de dimensiunile și caracteristicile porilor, precum și de numărul acestora.

Tipuri de porozitate chimică

Porozitatea poate fi de multe tipuri (printre altele, geologică, aerodinamică, chimică), dar când vine vorba de chimie, sunt descrise două tipuri: masa și volumul, în funcție de tipul de material studiat.

Porozitatea de masă

Când se face referire la porozitatea în masă, este determinată capacitatea unei substanțe de a absorbi apa. Pentru aceasta se utilizează următoarea ecuație:

% P _m = (m _s - m ₀ ) / m ₀ x 100

În această formulă:

P _m reprezintă proporția porilor (exprimată ca procent).

m _s se referă la masa fracțiunii după ce este scufundată în apă.

m ₀ descrie masa oricărei fracțiuni a substanței înainte de a fi scufundată.

Porozitatea volumetrică

De asemenea, pentru a determina porozitatea volumetrică a unui anumit material sau proporția cavităților sale, se folosește următoarea formulă matematică:

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

În această formulă:

P _v descrie proporția de pori (exprimată ca procent).

ρ _m se referă la densitatea substanței (fără scufundare).

ρ _f reprezintă densitatea apei.

Exemple de porozitate chimică

Caracteristicile unice ale unor materiale poroase, cum ar fi numărul de cavități sau dimensiunea porilor, le fac un obiect interesant de studiu.

În acest fel, o mare parte din aceste substanțe de utilitate enormă se găsesc în natură, însă multe altele pot fi sintetizate în laboratoare.

Investigarea factorilor care influențează calitățile de porozitate ale unui reactiv permite determinarea posibilelor aplicații pe care le are și încercarea de a obține noi substanțe care ajută oamenii de știință să continue să avanseze în domeniile științei și tehnologiei materialelor.

Una dintre principalele domenii în care este studiată porozitatea chimică este în cataliză, ca și în alte domenii cum ar fi adsorbția și separarea gazelor.

zeoliți

Dovada este cercetarea materialelor cristaline și microporoase, cum ar fi zeoliții și structura metalelor organice.

În acest caz, zeolitii sunt utilizați ca catalizatori în reacțiile care se realizează prin cataliză acidă, datorită proprietăților lor minerale ca oxid poros, deoarece există tipuri diferite de zeoliți cu pori de dimensiuni mici, medii și mari.

Un exemplu de utilizare a zeoliților este procesul de cracare catalitică, o metodă utilizată în rafinăriile de petrol pentru a produce benzină dintr-o fracțiune sau tăiat din țiței brut.

Structuri metalice organice care implică materiale hibride

O altă clasă de compuși care sunt investigate sunt structurile metalice organice care implică materiale hibride, create dintr-un fragment organic, substanța de legare și un fragment anorganic care constituie baza fundamentală pentru aceste substanțe.

Aceasta reprezintă o complexitate mai mare în structura sa față de cea a zeoliților descrisi mai sus, deci cuprinde posibilități mult mai mari decât imaginabile pentru zeoliți, deoarece pot fi utilizați pentru proiectarea de noi materiale cu proprietăți unice.

În ciuda faptului că sunt un grup de materiale cu puțin timp de studiu, aceste structuri metalice organice au fost produsul unui număr mare de sinteze pentru a produce materiale cu multe structuri și proprietăți diferite.

Aceste structuri sunt destul de stabile termic și chimic, inclusiv unul de interes special care este un produs de acid tereftalic și zirconiu, printre alți reactivi.

UIO-66

Această substanță, denumită UiO-66, are o suprafață extinsă cu porozitate adecvată și alte caracteristici care o fac un material ideal pentru studii în domeniile catalizei și adsorbției.

alții

În sfârșit, există o infinitate de exemple în aplicațiile farmaceutice, investigațiile solului, în industria petrolieră și multe altele în care porozitatea substanțelor este utilizată ca bază pentru obținerea de materiale extraordinare și pentru utilizarea lor în favoarea științei.