Porosità chimica: caratteristiche, tipi ed esempi
La porosità chimica è la capacità di alcuni materiali di assorbire o lasciare passare determinate sostanze in fase liquida o gassosa, attraverso spazi vuoti presenti nella loro struttura. Quando si parla di porosità, viene descritta la porzione di spazi "vuoti" o vuoti in un dato materiale.
È rappresentato dalla porzione volumetrica di queste cavità divisa per il volume del materiale totale 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 una percentuale (valore compreso tra 0 e 100%), per descrivere quanto di un materiale è spazio vuoto.
Nonostante siano stati attribuiti molteplici usi in diversi rami delle scienze pure, applicati, materiali, tra gli altri, la principale funzionalità della porosità chimica è legata alla capacità di alcuni materiali di consentire l'assorbimento dei fluidi; cioè liquidi o gas.
Inoltre, questo concetto analizza le dimensioni e il numero di fori o "pori" che un setaccio o una membrana parzialmente permeabile ha in alcuni solidi.
lineamenti
Due sostanze interagiscono
La porosità è la porzione volumetrica di un assunto solido che è certamente vuoto ed è correlato al modo in cui due sostanze interagiscono, dando caratteristiche specifiche di conduttività, proprietà cristalline, meccaniche e molte altre.
La velocità di reazione dipende dallo spazio superficiale del solido
Nelle reazioni che si verificano tra una sostanza gassosa e un solido o tra un liquido e un solido, la rapidità di una reazione dipende in larga misura dallo spazio della superficie del solido che è disponibile in modo che la reazione possa essere effettuata.
Accessibilità o penetrabilità dipende dai pori
L'accessibilità o penetrabilità che una sostanza può avere sulla superficie interna di una particella di un dato materiale o composto, è anche strettamente correlata alle dimensioni e alle caratteristiche dei pori, nonché al loro numero.
Tipi di porosità chimica
La porosità può essere di molti tipi (geologico, aerodinamico, chimico, tra gli altri), ma quando si tratta di chimica, vengono descritti due tipi: massa e volume, a seconda del tipo di materiale studiato.
Porosità di massa
Quando si fa riferimento alla porosità di massa, viene determinata la capacità di una sostanza di assorbire acqua. Per questo, viene utilizzata l'equazione mostrata di seguito:
% P m = (m s - m 0 ) / m 0 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 stata immersa nell'acqua.
m 0 descrive la massa di qualsiasi frazione della sostanza prima di essere immersa.
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 descrive la proporzione di pori (espressa in percentuale).
ρ m si riferisce alla densità della sostanza (senza immergersi).
ρ f rappresenta la densità dell'acqua.
Esempi di porosità chimica
Le caratteristiche uniche di alcuni materiali porosi, come il numero di cavità o la dimensione dei loro pori, li rendono un interessante oggetto di studio.
In questo modo, una grande quantità di queste sostanze di enorme utilità si trovano in natura, ma molte altre possono essere sintetizzate nei laboratori.
Lo studio dei fattori che influenzano le qualità della porosità di un reagente consente di determinare le possibili applicazioni che ha e di cercare di ottenere nuove sostanze che aiutino gli scienziati a continuare a progredire nei settori della scienza e della tecnologia dei materiali.
Una delle aree principali in cui viene studiata la porosità chimica è la catalisi, come in altre aree come l'adsorbimento e la separazione del gas.
zeoliti
Prova di ciò è lo studio di materiali cristallini e microporosi, come le zeoliti e la struttura dei metalli organici.
In questo caso, le zeoliti sono utilizzate come catalizzatori nelle reazioni che vengono condotte mediante catalisi acida, a causa delle loro proprietà minerali come ossido poroso poiché vi sono diversi tipi di zeoliti con pori di piccole, medie e grandi dimensioni.
Un esempio dell'uso delle zeoliti è il processo di cracking catalitico, un metodo che viene utilizzato nelle raffinerie di petrolio per produrre benzina da una frazione o da un taglio di greggio pesante.
Strutture metalliche organiche che coinvolgono materiali ibridi
Un'altra classe di composti studiati sono le strutture metalliche organiche che coinvolgono materiali ibridi, creati da un frammento organico, la sostanza legante e un frammento inorganico che costituisce la base fondamentale per queste sostanze.
Ciò rappresenta una maggiore complessità nella sua struttura rispetto a quella delle zeoliti descritte sopra, quindi comprende molte più possibilità di immaginabili per le zeoliti poiché possono essere utilizzate per la progettazione di nuovi materiali con proprietà uniche.
Pur essendo un gruppo di materiali con poco tempo di studio, queste strutture metalliche organiche sono state il prodotto di un gran numero di sintesi per produrre materiali con molte strutture e proprietà differenti.
Queste strutture sono abbastanza stabili termicamente e chimicamente, tra cui uno di particolare interesse che è un prodotto di acido tereftalico e zirconio, tra gli altri reagenti.
UiO-66
Questa sostanza, chiamata UiO-66, ha una superficie estesa con porosità adeguata e altre caratteristiche che lo rendono un materiale ideale per studi nelle aree di catalisi e adsorbimento.
altrui
Infine, vi è un'infinità di esempi in applicazioni farmaceutiche, indagini sul suolo, nell'industria petrolifera e molti altri in cui la porosità delle sostanze viene utilizzata come base per ottenere materiali straordinari e usarli a favore della scienza.
