KJEMISK PORØSITET: EGENSKAPER, TYPER OG EKSEMPLER - KJEMI - 2026

Den kjemiske porøsiteten er evnen til visse materialer til å absorbere eller passere gjennom visse andre stoffer i væske- eller gassfase ved hjelp av hulrom som er tilstede i dens struktur. Når vi snakker om porøsitet, beskrives delen av "hule" eller tomme områder i et bestemt materiale.

Det er representert av delen av volumet av disse hulrommene delt på volumet av totaliteten til det studerte materialet. Størrelsen eller den numeriske verdien som følger av denne parameteren kan uttrykkes på to måter: en verdi mellom 0 og 1 eller en prosentandel (verdi mellom 0 og 100%), for å beskrive hvor mye av et materiale som er tomt.

Til tross for at flere bruksområder tilskrives det i forskjellige grener av rene, anvendte materialvitenskap, blant andre, er hovedfunksjonaliteten til kjemisk porøsitet knyttet til evnen til et bestemt materiale til å tillate absorpsjon av væsker; det vil si væsker eller gasser.

I tillegg analyseres dimensjonene og mengden hulrom eller "porer" som en sil eller en membran delvis permeabel i visse faste stoffer gjennom dette konseptet.

kjennetegn

To stoffer samvirker

Porøsitet er delen av volumet til et antatt fast stoff som absolutt er hult og er relatert til måten to substanser samvirker på, og gir det spesifikke egenskaper for konduktivitet, krystallinske, mekaniske egenskaper og mange andre.

Reaksjonshastigheten avhenger av den faste overflaten

I reaksjoner som oppstår mellom et gassformet stoff og et fast stoff eller mellom en væske og et fast stoff, avhenger hastigheten av en reaksjon i stor grad av plassen på overflaten av det faste stoffet som er tilgjengelig for at reaksjonen skal finne sted.

Tilgjengelighet eller penetabilitet avhenger av porene

Tilgjengeligheten eller penetabiliteten som et stoff kan ha på den indre overflaten av en partikkel av et gitt materiale eller en forbindelse, er også nært knyttet til dimensjonene og egenskapene til porene, så vel som deres antall.

Typer kjemisk porøsitet

Porøsitet kan være av mange typer (geologisk, aerodynamisk, kjemisk, blant andre), men når man arbeider med kjemi, beskrives to typer: masse og volumetrisk, avhengig av materialklasse som studeres.

Masseporøsitet

Ved å referere til masseporøsiteten bestemmes et stoffs evne til å absorbere vann. For dette brukes ligningen vist nedenfor:

% P _m = (m _s - m ₀ ) / m ₀ x 100

I denne formelen:

P _m representerer andelen av porene (uttrykt i prosent).
m _s refererer til massen av fraksjonen etter å ha blitt nedsenket i vann.
m ₀ beskriver massen til en hvilken som helst fraksjon av stoffet før det ble nedsenket.

Volumetrisk porøsitet

For å bestemme den volumetriske porøsiteten til et bestemt materiale eller andelen av dets hulrom, brukes på samme måte følgende matematiske formel:

% P _v = ρ _m / x 100

I denne formelen:

P _v beskriver andelen av porene (uttrykt i prosent).
ρ _m refererer til tettheten til stoffet (ikke nedsenket).
ρ _f representerer tettheten av vann.

Eksempler på kjemisk porøsitet

De unike egenskapene til noen porøse materialer, for eksempel antall hulrom eller størrelsen på porene, gjør dem til et interessant gjenstand for studie.

Dermed finnes et stort antall av disse ekstremt nyttige stoffene i naturen, men mange flere kan syntetiseres i laboratorier.

Å undersøke faktorene som påvirker porøsitetskvalitetene til et reagens gjør det mulig for oss å bestemme hvilke bruksområder den har, og prøve å skaffe nye stoffer som hjelper forskere til å fortsette utviklingen innen områdene materialvitenskap og teknologi.

Et av hovedområdene der kjemisk porøsitet studeres er katalyse, som i andre områder som gassadsorpsjon og separasjon.

zeolitter

Et bevis på dette er undersøkelsen av krystallinske og mikroporøse materialer, som zeolitter og strukturen til organiske metaller.

I dette tilfellet blir zeolitter brukt som katalysatorer i reaksjoner som blir utført ved hjelp av syrekatalyse, på grunn av deres mineralegenskaper som porøs oksid, og det er forskjellige typer zeolitter med små, mellomstore og store porer.

Et eksempel på bruk av zeolitter er i den katalytiske krakkingsprosessen, en metode som brukes i petroleumsraffinaderier for å produsere bensin fra en brøkdel eller kuttet fra tung råolje.

Organiske metallstrukturer som involverer hybridmaterialer

En annen klasse av forbindelser som blir undersøkt er strukturer av organiske metaller som involverer hybridmaterialer, laget av et organisk fragment, det bindende stoffet og et uorganisk fragment som utgjør det grunnleggende grunnlaget for disse stoffene.

Dette representerer en større kompleksitet i strukturen i forhold til zeolittene beskrevet ovenfor, og den inkluderer derfor mye større muligheter enn de som kan tenkes for zeolitter, siden de kan brukes til utforming av nye materialer med unike egenskaper.

Til tross for at de er en gruppe materialer med lite studietid, har disse organiske strukturer av metaller vært et produkt av et stort antall synteser for å produsere materialer med mange forskjellige strukturer og egenskaper.

Disse strukturene er ganske stabile termisk og kjemisk, inkludert en av spesiell interesse som er produktet av tereftalsyre og zirkonium, blant andre reagenser.

UiO-66

Dette stoffet, kalt UiO-66, har en omfattende overflate med tilstrekkelig porøsitet og andre egenskaper som gjør det til et optimalt materiale for studier innen katalyse og adsorpsjon.

andre

Til slutt finnes det utallige eksempler innen farmasøytiske anvendelser, jordforskning, i oljeindustrien og mange andre der porøsiteten til stoffer brukes som grunnlag for å skaffe ekstraordinære materialer og bruke dem til fordel for vitenskap.

referanser

1. Lillerud, KP (2014). Porøse materialer. Gjenopprettet fra mn.uio.no
2. Joardder, MU, Karim, A., Kumar, C. (2015). Porøsitet: Å etablere forholdet mellom tørkeparametre og tørket matkvalitet. Gjenopprettet fra books.google.co.ve
3. Burroughs, C., Charles, JA et al. (2018). Encyclopedia Britannica. Gjenopprettet fra britannica.com
4. Rice, RW (2017). Porositet av keramikk: Egenskaper og applikasjoner. Gjenopprettet fra books.google.co.ve