Caratteristiche, tipi ed esempi di porosità chimica

IL Porosità chimica È la capacità che alcuni materiali debbano assorbire o lasciare che determinate sostanze in fase liquida o gassosa passino attraverso spazi vuoti presenti nella loro struttura. Quando si parla di porosità, viene descritta la porzione di spazi "cavi" o vuoti in determinati materiali.

È rappresentato dalla parte del volume di queste cavità divise per il volume dell'intero materiale studiato. La grandezza o il valore numerico risultante da questo parametro può essere espresso in due modi: un valore compreso tra 0 e 1 o un bit percentuale (valore tra 0 e 100 %), per descrivere la quantità di materiale vuoto.

La cucina è altamente porosa

Sebbene più usi siano attribuiti in diversi rami di scienze pure, applicate, di materiali, tra gli altri, la principale funzionalità di porosità chimica è collegata alla capacità di un certo materiale di consentire l'assorbimento dei fluidi; cioè liquidi o gas.

Inoltre, attraverso questo concetto le dimensioni e la quantità di buchi o "pori" che hanno una membrana parzialmente permeabile in alcuni solidi vengono analizzate.

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Caratteristiche della porosità

Medio con porosità elevata (a sinistra) e bassa porosità (a destra). Le forme nere rappresentano solidi, il blu rappresenta spazi porosi

Due sostanze interagiscono

La porosità è la parte del volume di un solido supposto che sia certamente vuoto ed è correlato al modo in cui due sostanze interagiscono, dando caratteristiche specifiche di conducibilità, cristalline, proprietà meccaniche e molti altri.

La rapidità di reazione dipende dallo spazio superficiale del solido

Nelle reazioni tra una sostanza gassosa e un solido o tra un liquido e un solido, la velocità di una reazione dipende in gran parte dallo spazio superficiale del solido disponibile in modo che la reazione possa essere eseguita.

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L'accessibilità o la penetrabilità dipende dai pori

L'accessibilità o la penetrabilità che una sostanza può avere sulla superficie interna di una particella di materiale o composto specifico, è anche intimamente correlata alle dimensioni e alle caratteristiche dei pori, nonché al numero di essi.

Tipi di porosità chimica

La porosità può essere di molti tipi (geologico, aerodinamica, chimica, tra gli altri), ma quando sono chimica vengono descritti due tipi: massa e volumetrica, a seconda della classe di materiale che viene studiata.

Porosità di massa

Quando si riferisce alla porosità di massa, viene determinata la capacità di una sostanza di acqua assorbente. Per questo, viene utilizzata l'equazione mostrata di seguito:

%P_M = (m_S - M₀)/M₀ X 100

In questa formula:

P_M rappresenta la proporzione di pori (espressa in percentuale).
M_S Si riferisce alla massa della frazione dopo essere stato immerso in acqua.
M₀ Descrivi la massa di qualsiasi frazione della sostanza prima di essere immerso.

Porosità volumetrica

Allo stesso modo, per determinare la porosità volumetrica di un determinato materiale o la proporzione delle sue cavità, viene utilizzata la seguente formula matematica:

%P_v = ρ_M/[ρ_M + (ρ_F/P_M)] x 100

In questa formula:

P_v Descrivi la proporzione di pori (espressi in percentuale).
ρ_M Si riferisce alla densità della sostanza (senza immergere).
ρ_F rappresenta la densità dell'acqua.

Esempi di porosità chimica

Esempio di mezzo poroso e non poroso

Le caratteristiche uniche di alcuni materiali porosi, come il numero di cavità o le dimensioni dei loro pori, li rendono un interessante oggetto di studio.

Pertanto, un gran numero di queste sostanze di enorme utilità si trova in natura, ma molte altre possono essere sintetizzate nei laboratori.

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Studiare i fattori che influenzano le qualità di porosità di un reagente consente di determinare le possibili applicazioni che ha e cercare di ottenere nuove sostanze che aiutano gli scienziati a continuare ad avanzare nelle aree scientifiche e tecnologiche dei materiali.

Una delle aree principali in cui viene studiata la porosità chimica è sulla catalisi, come in altre aree come l'adsorbimento e la separazione di gassa.

Zeoliti

Zeolite

Mostra che questa è l'indagine su materiali cristallini e microporosi, come zeoliti e struttura in metallo organico.

In questo caso, le zeoliti sono usate come catalizzatori nelle reazioni che vengono eseguite mediante catalisi acida, a causa delle loro proprietà minerali come l'ossido poroso e che ci sono diversi tipi di zeoliti con pori di piccole, medie e grandi dimensioni.

Un esempio dell'uso di zeoliti è nel processo di cracking catalitico, un metodo utilizzato nelle raffinerie di petrolio per produrre benzina da una frazione o tagliato da petrolio greggio pesante.

Strutture in metallo organico che coinvolgono materiali ibridi

Un'altra classe di composti che vengono studiati sono le strutture di metallo organico che coinvolgono materiali ibridi, creati da un frammento organico, la sostanza collegata e un frammento inorganico che costituisce le basi fondamentali per queste sostanze.

Ciò rappresenta una maggiore complessità nella sua struttura rispetto a quella degli zeoliti sopra descritti, quindi include possibilità molto maggiori di quelle che si immagina alle zeoliti poiché possono essere utilizzate per la progettazione di nuovi materiali con proprietà uniche.

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Nonostante siano un gruppo di materiali con pochi tempi di studio, queste strutture in metallo organico sono state il prodotto di un gran numero di sintesi per produrre materiali con molte strutture e proprietà diverse.

Queste strutture sono piuttosto termiche e chimicamente stabili, incluso uno di interesse speciale che è il prodotto dell'acido tereftallico e dello zirconio, tra gli altri reagenti.

Uio-66

Questa sostanza, chiamata UIO-66, ha una vasta superficie con porosità adeguata e altre caratteristiche che lo rendono un materiale ottimale per gli studi sulla catalisi e nelle aree di adsorbimento.

Altri

Infine, esiste un infinito di esempi in applicazioni farmaceutiche, ricerca del suolo, nell'industria petrolifera e molti altri in cui la porosità delle sostanze è usata come base per ottenere materiali straordinari e utilizzarli a favore della scienza.

Riferimenti

1. Lillerud, k. P. (2014). Materiali porosi. Recuperato da Mn.Uio.NO
2. Joardder, m. O., Karim, a., Kumar, c. (2015). Porosità: stabilire la relazione tra parametri di asciugatura e qualità del cibo secco. Recuperato dai libri.Google.co.andare
3. Burroughs, c., Charles, J. A. et al. (2018). Britannica Enciclopedia. Recuperato dalla Britannica.com
4. Riso, r. W. (2017). Porosità della ceramica: proprietà e applicazioni. Recuperato dai libri.Google.co.andare