Características de porosidade química, tipos e exemplos

O Porosidade química É a capacidade que certos materiais precisam absorver ou deixar certas substâncias na fase líquida ou gasosa passarem por espaços vazios presentes em sua estrutura. Ao falar sobre porosidade, a parte de espaços "ocos" ou vazios em determinado material é descrito.

É representado pela parte do volume dessas cavidades divididas pelo volume de todo o material estudado. A magnitude ou o valor numérico resultante deste parâmetro pode ser expresso de duas maneiras: um valor entre 0 e 1 ou um pouco (valor entre 0 e 100 %), para descrever quanto de material é espaço vazio.

Cozinha é altamente porosa

Embora vários usos sejam atribuídos em diferentes ramos de ciências puras, aplicadas, de materiais, entre outros, a principal funcionalidade da porosidade química está ligada à capacidade de certa material para permitir a absorção de fluidos; isto é, líquidos ou gases.

Além disso, através desse conceito, as dimensões e a quantidade de orifícios ou "poros" que possuem uma membrana parcialmente permeável em certos sólidos são analisados.

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Características de porosidade

Médio com alta porosidade (esquerda) e baixa porosidade (direita). Formas pretas representam sólidos, o azul representa espaços porosos

Duas substâncias interagem

A porosidade é a parte do volume de um sólido suposto que certamente é oco e está relacionado à maneira como duas substâncias interagem, dando características específicas de condutividade, propriedades cristalinas, mecânicas e muitas outras pessoas.

A rapidez da reação depende do espaço da superfície do sólido

Nas reações entre uma substância gasosa e um sólido ou entre um líquido e um sólido, a velocidade de uma reação depende em grande parte do espaço de superfície do sólido que está disponível para que a reação possa ser realizada.

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Acessibilidade ou penetração depende dos poros

A acessibilidade ou penetração que uma substância pode ter na superfície interna de uma partícula de um material ou composto específico também está intimamente relacionado às dimensões e características dos poros, bem como ao número deles.

Tipos de porosidade química

A porosidade pode ser de muitos tipos (geológica, aerodinâmica, química, entre outros), mas quando são químicos, dois tipos são descritos: massa e volumétrica, dependendo da classe de material que está sendo estudada.

Porosidade de massa

Ao se referir à porosidade de massa, a capacidade de uma substância de absorver água é determinada. Para isso, a equação mostrada abaixo é usada:

%P_m = (m_s - m₀)/m₀ x 100

Nesta fórmula:

P_m representa a proporção de poros (expressos em porcentagem).
m_s Refere -se à massa da fração depois de ser submerso na água.
m₀ Descreva a massa de qualquer fração da substância antes de ser submersa.

Porosidade volumétrica

Da mesma forma, para determinar a porosidade volumétrica de um determinado material ou a proporção de suas cáries, a seguinte fórmula matemática é usada:

%P_v = ρ_m/[ρ_m + (ρ_F/P_m)] x 100

Nesta fórmula:

P_v Descrever a proporção de poros (expressos em porcentagem).
ρ_m Refere -se à densidade da substância (sem imersão).
ρ_F representa a densidade da água.

Exemplos de porosidade química

Exemplo de um meio poroso e não poroso

As características únicas de alguns materiais porosos, como o número de cavidades ou o tamanho de seus poros, tornam -os um objeto de estudo interessante.

Assim, um grande número dessas substâncias de enorme utilidade é encontrado na natureza, mas muitos outros podem ser sintetizados em laboratórios.

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Investigar os fatores que influenciam as qualidades de porosidade de um reagente permite determinar as aplicações possíveis que possui e tentam obter novas substâncias que ajudam os cientistas a continuar a avançar nas áreas de ciência e tecnologia dos materiais.

Uma das principais áreas em que a porosidade química é estudada é na catálise, como em outras áreas, como adsorção e separação de gase.

Zeólitos

Zeólito

Mostre que esta é a investigação de materiais cristalinos e microporosos, como zeólitos e estrutura de metal orgânico.

Nesse caso, os zeólitos são usados ​​como catalisadores em reações que são realizadas por meio de catálise ácida, devido a suas propriedades minerais, como óxido poroso e que existem diferentes tipos de zeólitos com poros de tamanho pequeno, médio e grande.

Um exemplo do uso de zeólitos está no processo de rachadura catalítica, um método usado nas refinarias de petróleo para produzir gasolina a partir de uma fração ou corte de petróleo bruto pesado.

Estruturas metálicas orgânicas envolvendo materiais híbridos

Outra classe de compostos investigados são estruturas metálicas orgânicas que envolvem materiais híbridos, criados a partir de um fragmento orgânico, a substância ligada e um fragmento inorgânico que constitui a base fundamental para essas substâncias.

Isso representa uma complexidade maior em sua estrutura em relação à dos zeólitos descritos acima, por isso inclui possibilidades muito maiores do que as que se possa imaginar para os zeólitos, pois podem ser usados ​​para o design de novos materiais com propriedades únicas.

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Apesar de ser um grupo de materiais com pouco tempo de estudo, essas estruturas de metais orgânicos têm sido o produto de um grande número de síntese para produzir materiais com muitas estruturas e propriedades diferentes.

Essas estruturas são bastante térmicas e quimicamente estáveis, incluindo um de interesse especial que é o produto do ácido tereftallico e o zircônio, entre outros reagentes.

UIO-66

Esta substância, chamada UIO-66, tem uma superfície extensa com porosidade adequada e outras características que o tornam um material ideal para estudos em áreas de catálise e adsorção.

Outros

Finalmente, há uma infinidade de exemplos em aplicações farmacêuticas, pesquisa de solo, na indústria de petróleo e muitos outros onde a porosidade das substâncias é usada como base para obter materiais extraordinários e usá -los em favor da ciência.

Referências

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2. Joardder, m. OU., Karim, a., Kumar, c. (2015). Porosidade: estabelecendo a relação entre parâmetros de secagem e qualidade de alimento seco. Recuperado de livros.Google.co.ir
3. Burroughs, c., Charles, j. PARA. et al. (2018). Enciclopédia Britannica. Recuperado da Britannica.com
4. Arroz, r. C. (2017). Porosidade da cerâmica: propriedades e aplicações. Recuperado de livros.Google.co.ir