CHEMISCHE POROSITEIT: KENMERKEN, SOORTEN EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2025

De chemische porositeit is het vermogen van bepaalde materialen om bepaalde andere stoffen in vloeibare of gasfase te absorberen of te passeren, door middel van holtes in de structuur ervan. Als we het hebben over porositeit, wordt het gedeelte van "holle" of lege ruimtes in een bepaald materiaal beschreven.

Het wordt weergegeven door het deel van het volume van deze holtes gedeeld door het volume van het geheel van het bestudeerde materiaal. De grootte of numerieke waarde die uit deze parameter voortvloeit, kan op twee manieren worden uitgedrukt: een waarde tussen 0 en 1 of een percentage (waarde tussen 0 en 100%), om te beschrijven hoeveel van een materiaal lege ruimte is.

Ondanks het feit dat er meerdere toepassingen aan worden toegeschreven in verschillende takken van onder meer zuivere, toegepaste materiaalwetenschappen, is de belangrijkste functionaliteit van chemische porositeit gekoppeld aan het vermogen van een bepaald materiaal om vloeistoffen op te nemen; dat wil zeggen vloeistoffen of gassen.

Bovendien worden via dit concept de afmetingen en het aantal holtes of "poriën" die een zeef of een membraan hebben dat gedeeltelijk doorlaatbaar is voor bepaalde vaste stoffen, geanalyseerd.

kenmerken

Twee stoffen werken samen

Porositeit is het deel van het volume van een veronderstelde vaste stof dat zeker hol is en gerelateerd is aan de manier waarop twee stoffen op elkaar inwerken, waardoor het specifieke eigenschappen krijgt van geleidbaarheid, kristallijne, mechanische eigenschappen en vele andere.

De reactiesnelheid hangt af van de ruimte van het vaste oppervlak

Bij reacties die plaatsvinden tussen een gasvormige stof en een vaste stof of tussen een vloeistof en een vaste stof, hangt de snelheid van een reactie grotendeels af van de ruimte op het oppervlak van de vaste stof die beschikbaar is om de reactie te laten plaatsvinden.

Toegankelijkheid of doordringbaarheid is afhankelijk van de poriën

De toegankelijkheid of doordringbaarheid die een stof kan hebben op het binnenoppervlak van een deeltje van een bepaald materiaal of een bepaalde verbinding, hangt ook nauw samen met de afmetingen en kenmerken van de poriën, evenals met het aantal ervan.

Soorten chemische poreusheid

Porositeit kan van vele soorten zijn (onder andere geologisch, aerodynamisch, chemisch), maar als het om scheikunde gaat, worden twee soorten beschreven: massa en volumetrisch, afhankelijk van de materiaalklasse die wordt bestudeerd.

Massaporeusheid

Door te verwijzen naar de massaporeusheid wordt het vermogen van een stof om water op te nemen bepaald. Hiervoor wordt de onderstaande vergelijking gebruikt:

% P _m = (m _s - m ₀ ) / m ₀ x 100

In deze formule:

P _m staat voor het aantal poriën (in procenten).
m _s verwijst naar de massa van de fractie na te zijn ondergedompeld in water.
m ₀ beschrijft de massa van een fractie van de stof voordat deze werd ondergedompeld.

Volumetrische porositeit

Evenzo wordt de volgende wiskundige formule gebruikt om de volumetrische porositeit van een bepaald materiaal of het aandeel van zijn holtes te bepalen:

% P _v = ρ _m / x 100

In deze formule:

P _v beschrijft het aandeel poriën (uitgedrukt als een percentage).
ρ _m verwijst naar de dichtheid van de stof (niet ondergedompeld).
ρ _f staat voor de dichtheid van water.

Voorbeelden van chemische poreusheid

De unieke eigenschappen van sommige poreuze materialen, zoals het aantal holtes of de grootte van hun poriën, maken ze tot een interessant studieobject.

Zo wordt een groot aantal van deze uiterst nuttige stoffen in de natuur aangetroffen, maar kunnen er nog veel meer in laboratoria worden gesynthetiseerd.

Door de factoren te onderzoeken die de porositeitskwaliteiten van een reagens beïnvloeden, kunnen we de mogelijke toepassingen ervan bepalen en proberen we nieuwe stoffen te verkrijgen die wetenschappers helpen vooruitgang te boeken op het gebied van materiaalwetenschap en technologie.

Een van de belangrijkste gebieden waarop chemische porositeit wordt bestudeerd, is de katalyse, zoals op andere gebieden zoals gasadsorptie en scheiding.

Zeolieten

Bewijs hiervan is het onderzoek van kristallijne en microporeuze materialen, zoals zeolieten en de structuur van organische metalen.

In dit geval worden zeolieten gebruikt als katalysator in reacties die worden uitgevoerd door middel van zure katalyse, vanwege hun minerale eigenschappen zoals oxide poreus en er zijn verschillende soorten zeolieten met kleine, middelgrote en grote poriën.

Een voorbeeld van het gebruik van zeolieten is in het katalytisch kraakproces, een methode die in olieraffinaderijen wordt gebruikt om benzine te produceren uit een fractie of gesneden uit zware ruwe olie.

Organische metalen constructies met hybride materialen

Een andere klasse van verbindingen die wordt onderzocht, zijn de structuren van organische metalen waarbij hybride materialen betrokken zijn, gemaakt uit een organisch fragment, de bindende stof en een anorganisch fragment dat de fundamentele basis vormt voor deze stoffen.

Dit vertegenwoordigt een grotere complexiteit in zijn structuur met betrekking tot die van de zeolieten die hierboven zijn beschreven, daarom omvat het veel grotere mogelijkheden dan die denkbaar zijn voor zeolieten, aangezien ze kunnen worden gebruikt voor het ontwerp van nieuwe materialen met unieke eigenschappen.

Ondanks dat het een groep materialen is met weinig studietijd, zijn deze organische structuren van metalen het product geweest van een groot aantal syntheses om materialen te produceren met veel verschillende structuren en eigenschappen.

Deze structuren zijn thermisch en chemisch tamelijk stabiel, waaronder een van bijzonder belang, namelijk het product van tereftaalzuur en zirkonium, naast andere reagentia.

UiO-66

Deze stof, genaamd UiO-66, heeft een groot oppervlak met voldoende porositeit en andere eigenschappen die het een optimaal materiaal maken voor studies op het gebied van katalyse en adsorptie.

Anderen

Ten slotte zijn er talloze voorbeelden in farmaceutische toepassingen, bodemonderzoek, in de olie-industrie en vele andere waar de porositeit van stoffen wordt gebruikt als basis om buitengewone materialen te verkrijgen en deze te gebruiken ten gunste van de wetenschap.

Referenties

1. Lillerud, KP (2014). Poreuze materialen. Opgehaald van mn.uio.no
2. Joardder, MU, Karim, A., Kumar, C. (2015). Porositeit: het verband leggen tussen droogparameters en de kwaliteit van gedroogd voedsel. Opgehaald van books.google.co.ve
3. Burroughs, C., Charles, JA et al. (2018). Encyclopedia Britannica. Opgehaald van britannica.com
4. Rijst, RW (2017). Porositeit van keramiek: eigenschappen en toepassingen. Opgehaald van books.google.co.ve