Kemisk porositet: Egenskaper, typer och exempel

Kemisk porositet är förmågan hos vissa material att absorbera eller släppa igenom vissa ämnen i flytande eller gasfas genom tomma utrymmen som är närvarande i deras struktur. När man talar om porositet beskrivs delen av "ihåliga" eller tomma utrymmen i ett givet material.

Det representeras av volymdelen av dessa hålrum dividerat med volymen av det totala studerade materialet. Storleken eller det numeriska värdet som härrör från denna parameter kan uttryckas på två sätt: ett värde mellan 0 och 1 eller en procentandel (värde mellan 0 och 100%), för att beskriva hur mycket av ett material som är tomt utrymme.

Trots att flera användningar i olika grenar av rena vetenskaper tillskrivs, appliceras material bland annat, är den huvudsakliga funktionaliteten hos kemisk porositet kopplad till förmågan hos visst material att tillåta absorption av vätskor; det vill säga vätskor eller gaser.

Dessutom analyserar detta koncept dimensionerna och antalet hål eller "porer" som en sik eller ett partiellt permeabelt membran har i vissa fasta ämnen.

särdrag

Två ämnen interagerar

Porositet är volympartiet av ett fast antagande som verkligen är ihåligt och är relaterat till hur två substanser interagerar, vilket ger specifika egenskaper hos ledningsförmåga, kristallina, mekaniska egenskaper och många andra.

Reaktionshastigheten beror på fastämnets ytutrymme

I reaktionerna som inträffar mellan en gasformig substans och en fast substans eller mellan en vätska och en fast substans beror reaktionshastigheten i stor utsträckning på utrymmet på den fasta ytan som är tillgänglig så att reaktionen kan utföras.

Tillgänglighet eller genomtränglighet beror på porerna

Den tillgänglighet eller penetrerbarhet som ett ämne kan ha på den inre ytan av en partikel av ett givet material eller en förening, är också nära besläktad med porernas dimensioner och egenskaper samt antalet därav.

Typer av kemisk porositet

Porositeten kan vara av många typer (geologisk, aerodynamisk, kemisk bland annat), men när det gäller kemi beskrivs två typer: massa och volym, beroende på vilken typ av material som studeras.

Massporositet

När man hänvisar till massporositeten bestäms en substans förmåga att absorbera vatten. För detta används ekvationen som visas nedan:

% Pm = (m _s - m ₀ ) / m ₀ x 100

I denna formel:

Pm representerar andelen porer (uttryckt i procent).

m _s avser fraktionens massa efter att ha nedsänkts i vatten.

m ₀ beskriver massan av någon fraktion av ämnet innan den nedsänktes.

Volymetrisk porositet

På samma sätt, för att bestämma den volymetriska porositeten hos ett visst material eller andelen av dess håligheter används följande matematiska formel:

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

I denna formel:

P _v beskriver andelen porer (uttryckt i procent).

ρ _m avser substansens densitet (utan nedsänkning).

p _f representerar vattentätheten.

Exempel på kemisk porositet

De unika egenskaperna hos vissa porösa material, såsom antalet håligheter eller storleken på deras porer, gör dem till ett intressant föremål för studier.

På så sätt finns en stor mängd av dessa substanser av enorm nytta, men många kan syntetiseras i laboratorier.

Att undersöka de faktorer som påverkar porositetskvaliteten hos ett reagens gör det möjligt att bestämma vilka möjliga tillämpningar den har och försöka få nya substanser som hjälper forskare att fortsätta att utvecklas inom materialvetenskap och teknik.

Ett av huvudområdena där kemisk porositet studeras är i katalys, som på andra områden, såsom gasadsorption och separation.

zeoliter

Bevis för detta är undersökningen av kristallina och mikroporösa material, såsom zeoliter och strukturen hos organiska metaller.

I detta fall användes zeoliter som katalysatorer i reaktioner som genomförs genom syrakatalys, på grund av deras mineralegenskaper som porös oxid, eftersom det finns olika typer av zeoliter med porer av liten, medelstor och stor storlek.

Ett exempel på användningen av zeoliter är i katalytisk krackningsprocessen, en metod som används i petroleumraffinaderier för att producera bensin från en fraktion eller skuren från tung råolja.

Organiska metallstrukturer som involverar hybridmaterial

En annan klass av föreningar som undersöks är de organiska metallstrukturerna som involverar hybridmaterial, skapade från ett organiskt fragment, bindningsämnet och ett oorganiskt fragment som utgör grunden för dessa substanser.

Detta representerar en större komplexitet i sin struktur med avseende på de ovan beskrivna zeoliterna, så det innefattar mycket större möjligheter än tänkbara för zeoliter eftersom de kan användas för utformning av nya material med unika egenskaper.

Trots att det var en grupp av material med liten studietid, har dessa organiska metallstrukturer varit en produkt av ett stort antal syntes för att producera material med många olika strukturer och egenskaper.

Dessa strukturer är ganska stabila termiskt och kemiskt, inklusive ett speciellt intresse som är en produkt av tereftalsyra och zirkonium, bland andra reagenser.

UiO-66

Detta ämne, som heter UiO-66, har en omfattande yta med tillräcklig porositet och andra egenskaper som gör den till ett idealiskt material för studier inom katalys och adsorption.

andra

Slutligen finns det ett oändligt exempel på farmaceutiska tillämpningar, markundersökningar, oljeindustrin och många andra där substansens porositet används som underlag för att erhålla extraordinära material och använda dem till förmån för vetenskapen.