Chemische Porositätsmerkmale, Typen und Beispiele



Die chemische Porosität ist die Fähigkeit bestimmter Materialien, bestimmte Substanzen in flüssiger oder gasförmiger Phase durch in ihrer Struktur vorhandene leere Räume zu absorbieren oder durchzulassen. Wenn von Porosität gesprochen wird, wird der Abschnitt von "hohlen" oder leeren Räumen in einem bestimmten Material beschrieben.

Es wird durch den Volumenanteil dieser Hohlräume dividiert durch das Volumen des gesamten untersuchten Materials dargestellt. Die Größe oder der numerische Wert, der sich aus diesem Parameter ergibt, kann auf zwei Arten ausgedrückt werden: ein Wert zwischen 0 und 1 oder ein Prozentsatz (Wert zwischen 0 und 100%), um zu beschreiben, wie viel Material leer ist.

Obwohl sie verschiedenen Anwendungen in verschiedenen Bereichen der reinen Wissenschaften, angewandten Materialien usw. zugeschrieben wird, hängt die Hauptfunktionalität der chemischen Porosität von der Fähigkeit bestimmter Materialien ab, die Absorption von Flüssigkeiten zu ermöglichen. das heißt, Flüssigkeiten oder Gase.

Darüber hinaus analysiert dieses Konzept die Abmessungen und die Anzahl der Löcher oder "Poren", die ein Sieb oder eine teilweise durchlässige Membran in bestimmten Feststoffen aufweist.

Index

  • 1 Eigenschaften
    • 1.1 Interagiere zwei Substanzen
    • 1.2 Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Oberfläche des Feststoffes ab
    • 1.3 Zugänglichkeit oder Penetrierbarkeit hängt von den Poren ab
  • 2 Arten der chemischen Porosität
    • 2.1 Massenporosität
    • 2.2 Volumetrische Porosität
  • 3 Beispiele für chemische Porosität
    • 3.1 Zeolithe
    • 3.2 Organische Metallstrukturen mit Hybridmaterialien
    • 3.3 UiO-66
    • 3.4 Andere
  • 4 Referenzen

Eigenschaften

Interagiere zwei Substanzen

Die Porosität ist der Volumenanteil einer festen Annahme, die sicherlich hohl ist und mit der Art und Weise in Beziehung steht, in der zwei Substanzen miteinander interagieren, was spezifische Eigenschaften der Leitfähigkeit, kristalliner, mechanischer Eigenschaften und viele andere verleiht.

Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Oberfläche des Feststoffes ab

In den Reaktionen, die zwischen einer gasförmigen Substanz und einem Feststoff oder zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff stattfinden, hängt die Schnelligkeit einer Reaktion in hohem Maße von dem Raum der Oberfläche des Feststoffes ab, der verfügbar ist, so dass die Reaktion durchgeführt werden kann.

Zugänglichkeit oder Durchlässigkeit hängt von den Poren ab

Die Zugänglichkeit oder Durchdringbarkeit, die eine Substanz auf der inneren Oberfläche eines Teilchens eines gegebenen Materials oder einer bestimmten Verbindung haben kann, steht auch in engem Zusammenhang mit den Dimensionen und Eigenschaften der Poren sowie ihrer Anzahl.

Arten der chemischen Porosität

Die Porosität kann von vielen Arten sein (geologisch, aerodynamisch, chemisch ua), aber wenn es um Chemie geht, werden zwei Arten beschrieben: Masse und volumetrisch, abhängig von der Art des zu untersuchenden Materials.

Massenporosität

Wenn auf die Massenporosität Bezug genommen wird, wird die Fähigkeit einer Substanz, Wasser zu absorbieren, bestimmt. Dazu wird die folgende Gleichung verwendet:

% Pm = (ms - m0) / m0 x 100

In dieser Formel:

Pm repräsentiert den Anteil der Poren (ausgedrückt in Prozent).
ms bezieht sich auf die Masse der Fraktion nach dem Eintauchen in Wasser.
m0 beschreibt die Masse einer beliebigen Fraktion der Substanz vor dem Eintauchen.

Volumetrische Porosität

Um die volumetrische Porosität eines bestimmten Materials oder den Anteil seiner Hohlräume zu bestimmen, wird die folgende mathematische Formel verwendet:

% Pv = ρm/[ρm + (ρf/ Pm)] x 100

In dieser Formel:

Pv beschreibt den Anteil der Poren (ausgedrückt in Prozent).
ρm es bezieht sich auf die Dichte der Substanz (ohne zu tauchen).
ρf repräsentiert die Dichte von Wasser.

Beispiele für chemische Porosität

Die einzigartigen Eigenschaften einiger poröser Materialien, wie die Anzahl der Hohlräume oder die Größe ihrer Poren, machen sie zu einem interessanten Studienobjekt.

Auf diese Weise wird eine große Menge dieser Substanzen von großem Nutzen in der Natur gefunden, aber viele mehr können in Laboratorien synthetisiert werden.

Die Untersuchung der Faktoren, die die Porositätseigenschaften eines Reagenz beeinflussen, erlaubt es, die möglichen Anwendungen zu bestimmen und neue Substanzen zu finden, die den Wissenschaftlern helfen, in den Bereichen der Wissenschaft und Technologie der Materialien voranzukommen.

Einer der Hauptbereiche, in denen die chemische Porosität untersucht wird, ist in der Katalyse, wie auch in anderen Bereichen wie Gasadsorption und -trennung.

Zeolithe

Ein Beweis dafür ist die Untersuchung von kristallinen und mikroporösen Materialien wie Zeolithen und der Struktur organischer Metalle.

In diesem Fall werden die Zeolithe als Katalysatoren in Reaktionen verwendet, die aufgrund ihrer mineralischen Eigenschaften als poröses Oxid mittels Säurekatalyse durchgeführt werden, und dazu gibt es verschiedene Arten von Zeolithen mit Poren von kleiner, mittlerer und großer Größe.

Ein Beispiel für die Verwendung von Zeolithen ist das katalytische Krackverfahren, ein Verfahren, das in Erdölraffinerien verwendet wird, um Benzin aus einer Fraktion oder aus schwerem Rohöl zu gewinnen.

Organische Metallstrukturen, die hybride Materialien beinhalten

Eine weitere Klasse von Verbindungen, die untersucht werden, sind die organischen Metallstrukturen, an denen Hybridmaterialien beteiligt sind, die aus einem organischen Fragment, der Bindungssubstanz und einem anorganischen Fragment erzeugt werden, das die fundamentale Basis für diese Substanzen bildet.

Dies stellt eine größere Komplexität in seiner Struktur in Bezug auf die der oben beschriebenen Zeolithe dar und umfasst somit viel größere Möglichkeiten, als für Zeolithe denkbar, da sie für die Konstruktion neuer Materialien mit einzigartigen Eigenschaften verwendet werden können.

Obwohl es sich um eine Gruppe von Materialien mit wenig Lernzeit handelt, sind diese organischen Strukturen von Metallen das Produkt einer großen Anzahl von Synthesen, um Materialien mit vielen verschiedenen Strukturen und Eigenschaften zu erzeugen.

Diese Strukturen sind thermisch und chemisch ziemlich stabil, einschließlich eines von besonderem Interesse, das neben anderen Reagenzien ein Produkt aus Terephthalsäure und Zirkonium ist.

UiO-66

Diese Substanz, genannt UiO-66, hat eine ausgedehnte Oberfläche mit ausreichender Porosität und anderen Eigenschaften, die sie zu einem idealen Material für Studien auf den Gebieten der Katalyse und Adsorption machen.

Andere

Schließlich gibt es eine Unzahl von Beispielen in pharmazeutischen Anwendungen, Bodenuntersuchungen, in der Ölindustrie und vielen anderen, wo die Porosität von Substanzen als Grundlage verwendet wird, um außergewöhnliche Materialien zu erhalten und sie zugunsten der Wissenschaft zu verwenden.

Referenzen

  1. Lillerud, K. P. (2014). Poröse Materialien. Von mn.uio.no abgerufen
  2. Joardder, M. U., Karim, A., Kumar, C. (2015). Porosität: Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Trocknungsparametern und der Qualität von getrockneten Lebensmitteln. Wiederhergestellt von books.google.co.ve
  3. Burroughs, C., Charles, J. A. et al. (2018). Enzyklopädie Britannica. Wiederhergestellt von britannica.com
  4. Rice, R. W. (2017). Porosität von Keramik: Eigenschaften und Anwendungen. Wiederhergestellt von books.google.co.ve