KEMIALLINEN HUOKOISUUS: OMINAISUUDET, TYYPIT JA ESIMERKIT - KEMIA - 2025

Kemiallinen huokoisuus on kyky on tiettyjen materiaalien imeä tai syötön tiettyjen muiden aineiden neste- tai kaasufaasissa, jonka avulla tyhjien tilojen esittää sen rakennetta. Kun puhutaan huokoisuudesta, kuvataan "onttojen" tai tyhjien tilojen osuus tietyssä materiaalissa.

Sitä edustaa näiden onkaloiden tilavuuden osuus jaettuna tutkitun materiaalin kokonaistilavuudella. Tästä parametrista johtuva suuruus tai numeerinen arvo voidaan ilmaista kahdella tavalla: arvo välillä 0–1 tai prosenttimäärä (arvo välillä 0–100%) kuvaamaan kuinka suuri osa materiaalista on tyhjää tilaa.

Huolimatta siitä, että sille osoitetaan useita käyttötapoja muun muassa puhtaan, sovelletun, materiaalitieteen eri aloilla, kemiallisen huokoisuuden pääfunktionaalisuus liittyy tietyn materiaalin kykyyn sallia nesteiden imeytyminen; eli nesteitä tai kaasuja.

Lisäksi tämän konseptin avulla on analysoitu mitat ja huokosten tai "huokosten" määrä, joita seula tai membraani, joka on osittain läpäisevä tietyissä kiintoaineissa, on analysoitu.

ominaisuudet

Kaksi ainetta ovat vuorovaikutuksessa

Huokoisuus on oletetun kiinteän aineen tilavuuden osa, joka on ehdottomasti ontto ja liittyy tapaan, jolla kaksi ainetta vuorovaikutuksessa, antaen sille erityiset johtavuusominaisuudet, kiteiset, mekaaniset ominaisuudet ja monet muut.

Reaktion nopeus riippuu kiinteän pinnan tilasta

Reaktioissa, jotka tapahtuvat kaasumaisen aineen ja kiinteän aineen välillä tai nesteen ja kiinteän aineen välillä, reaktion nopeus riippuu suuresti kiinteän aineen pinnalla olevasta tilasta, joka on käytettävissä reaktion tapahtumiseksi.

Saavutettavuus tai läpäisevyys riippuu huokosista

Saavutettavuus tai läpäisevyys, joka aineella voi olla tietyn materiaalin tai yhdisteen hiukkasen sisäpinnalla, liittyy myös läheisesti huokosten mitoihin ja ominaisuuksiin sekä niiden lukumäärään.

Kemiallisen huokoisuuden tyypit

Huokoisuus voi olla monentyyppinen (geologinen, aerodynaaminen, kemiallinen, muun muassa), mutta kemian suhteen kuvataan kahta tyyppiä: massa ja tilavuus, tutkittavan materiaalin luokasta riippuen.

Massahuokoisuus

Viitaten massahuokoisuuteen määritetään aineen kyky imeä vettä. Tätä varten käytetään alla olevaa yhtälöä:

% P _m = (m _s - m ₀) / m ₀ x 100

Tässä kaavassa:

P _m edustaa huokosten osuutta (prosentteina ilmaistuna).

m _s tarkoittaa jakeen massaa veteen upotuksen jälkeen.

m ₀ kuvaa minkä tahansa aineosuuden massaa ennen sen upottamista.

Tilavuushuokoisuus

Samoin tietyn materiaalin tilavuuden huokoisuuden tai sen onteloiden osuuden määrittämiseksi käytetään seuraavaa matemaattista kaavaa:

% P _v = ρ _m / x 100

Tässä kaavassa:

P _v kuvaa huokosten osuutta (prosentteina ilmaistuna).

ρ _m tarkoittaa aineen tiheyttä (ei upotettu).

ρ _f edustaa veden tiheyttä.

Esimerkkejä kemiallisesta huokoisuudesta

Joidenkin huokoisten materiaalien ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten onteloiden lukumäärä tai niiden huokosten koko, tekevät niistä mielenkiintoisen tutkimuksen kohteen.

Siksi suuri joukko näitä erittäin hyödyllisiä aineita löytyy luonnosta, mutta laboratorioissa voidaan syntetisoida monia muita.

Reagenssin huokoisuusominaisuuksiin vaikuttavien tekijöiden tutkiminen antaa meille mahdollisuuden määrittää sen mahdolliset sovellukset ja yrittää hankkia uusia aineita, jotka auttavat tutkijoita jatkamaan etenemistä materiaalitieteen ja tekniikan aloilla.

Yksi pääalueista, joilla kemiallista huokoisuutta tutkitaan, on katalyysi, kuten muillakin alueilla, kuten kaasun adsorptio ja erottelu.

zeoliitit

Todiste tästä on kiteisten ja mikrohuokoisten materiaalien, kuten zeoliittien, ja orgaanisten metallien rakenteen tutkiminen.

Tässä tapauksessa zeoliitteja käytetään katalyytteinä reaktioissa, jotka suoritetaan happokatalyysiin, mineraalien ominaisuuksiensa vuoksi huokoisena oksidina ja on erityyppisiä zeoliitteja, joilla on pienet, keskisuuret ja suuret huokoset.

Esimerkki zeoliittien käytöstä on katalyyttinen krakkausprosessi, menetelmä, jota käytetään öljynjalostamoissa bensiinin tuottamiseksi fraktiosta tai leikattu raskaasta raakaöljystä.

Orgaaniset metallirakenteet, joihin sisältyy hybridi materiaaleja

Toinen luokka yhdisteitä, joita tutkitaan, ovat orgaanisten metallien rakenteet, joihin liittyy hybridimateriaaleja, jotka on luotu orgaanisesta fragmentista, sidosaineesta ja epäorgaanisesta fragmentista, joka muodostaa näiden aineiden perusta.

Tämä edustaa rakenteeltaan suurempaa monimutkaisuutta suhteessa edellä kuvattuihin zeoliitteihin, joten se käsittää paljon suuremmat mahdollisuudet kuin zeoliiteille kuviteltavissa olevat, koska niitä voidaan käyttää uusien ainutlaatuisten ominaisuuksien omaavien materiaalien suunnitteluun.

Vaikka nämä metallien orgaaniset rakenteet ovatkin ryhmä materiaaleja, joilla on vähän tutkimusaikaa, ne ovat olleet tulosta monista synteeseistä materiaalien tuottamiseksi, joilla on monia erilaisia ​​rakenteita ja ominaisuuksia.

Nämä rakenteet ovat melko stabiileja termisesti ja kemiallisesti, mukaan lukien erityisen mielenkiinnon kohteena oleva tuote, joka on tereftaalihapon ja zirkoniumin tuote muiden reagenssien joukossa.

UiO-66

Tällä aineella, nimeltään UiO-66, on suuri pinta, jolla on riittävä huokoisuus ja muut ominaisuudet, jotka tekevät siitä optimaalisen materiaalin tutkimuksille katalyysi- ja adsorptioalueilla.

toiset

Lopuksi on lukemattomia esimerkkejä farmaseuttisissa sovelluksissa, maaperätutkimuksessa, öljyteollisuudessa ja monissa muissa tapauksissa, joissa aineiden huokoisuutta käytetään perustana poikkeuksellisten materiaalien hankkimiseen ja niiden käyttämiseen tieteen hyväksi.

Viitteet

1. Lillerud, KP (2014). Huokoiset materiaalit. Palautettu osoitteesta mn.uio.no
2. Joardder, MU, Karim, A., Kumar, C. (2015). Huokoisuus: Kuivausparametrien ja kuivatun ruoan laadun välisen suhteen luominen. Palautettu osoitteesta books.google.co.ve
3. Burroughs, C., Charles, JA et ai. (2018). Encyclopedia Britannica. Palautettu osoitteesta britannica.com
4. Rice, RW (2017). Keramiikan huokoisuus: Ominaisuudet ja sovellukset. Palautettu osoitteesta books.google.co.ve