Kimyasal Porozite: Özellikleri, Tipleri ve Örnekleri
Kimyasal gözeneklilik, belirli malzemelerin, yapısındaki boş alanlardan sıvı veya gaz fazındaki belirli maddeleri emme veya bırakma kabiliyetidir. Gözeneklilikten bahsederken, belirli bir malzemedeki "oyuk" kısmı veya boş boşluklar tanımlanmaktadır.
İncelenen toplam malzemenin hacmine bölünmesiyle bu boşlukların hacmini temsil eder. Bu parametreden ortaya çıkan büyüklük veya sayısal değer iki şekilde ifade edilebilir: bir malzemenin ne kadar boş yer olduğunu tanımlamak için 0 ile 1 arasında bir değer veya yüzde (% 0 ile% 100 arasında bir değer).
Saf bilimlerin farklı dallarında çoklu kullanımlara atıfta bulunulmasına rağmen, uygulanan malzemeler, diğerleri arasında, kimyasal gözenekliliğin temel işlevselliği, bazı malzemelerin sıvıların emilimine izin verme kabiliyetleri ile bağlantılıdır; yani, sıvılar veya gazlar.
Ek olarak, bu kavram, bir elek veya kısmen geçirgen bir membranın belirli katılarda sahip olduğu deliklerin veya "gözeneklerin" boyutlarını ve sayısını analiz eder.
özellikleri
İki madde etkileşime girer
Gözeneklilik, kesinlikle çukurlu olan ve iki maddenin etkileşime girme şekliyle ilgili olan ve iletkenlik, kristalimsi, mekanik özellikler ve diğerleri gibi spesifik özellikler veren katı bir varsayımın hacim kısmıdır.
Tepkime hızı katının yüzey alanına bağlıdır
Bir gazlı madde ile bir katı arasında veya bir sıvı ve bir katı arasında meydana gelen reaksiyonlarda, bir reaksiyonun hızı büyük ölçüde reaksiyonun gerçekleştirilebilmesi için mevcut olan katı yüzeyinin alanına bağlıdır.
Erişilebilirlik veya nüfuz edilebilirlik gözeneklere bağlıdır
Bir maddenin belirli bir materyalin veya bileşiğin bir parçacığının iç yüzeyinde sahip olabileceği erişilebilirlik ya da nüfuz edilebilirlik, gözeneklerin boyutları ve özellikleri ile bunların sayılarıyla da yakından ilgilidir.
Kimyasal gözeneklilik türleri
Gözeneklilik birçok türde olabilir (jeolojik, aerodinamik, kimyasal, diğerleri arasında), ancak kimya söz konusu olduğunda, iki tip tanımlanmaktadır: çalışılan materyalin türüne bağlı olarak kütle ve hacim.
Kütle porozitesi
Kütle gözenekliliğine atıfta bulunurken, bir maddenin su emme kabiliyeti belirlenir. Bunun için aşağıda gösterilen denklem kullanılır:
% P m = (m s - m 0 ) / m 0 x 100
Bu formülde:
Pm, gözeneklerin oranını temsil eder (yüzde olarak ifade edilir).
m, suya batırıldıktan sonra fraksiyonun kütlesini belirtir.
m 0, suya daldırılmadan önce maddenin herhangi bir kısmının kütlesini tarif eder.
Hacimsel gözeneklilik
Benzer şekilde, belirli bir malzemenin hacimsel gözenekliliğini veya boşlukların oranını belirlemek için aşağıdaki matematiksel formül kullanılır:
% P v = ρ m / [ρ m + (ρ f / P m )] x 100
Bu formülde:
P v, gözeneklerin oranını (yüzde olarak ifade edilir) açıklar.
ρ m, maddenin yoğunluğunu ifade eder (suya daldırmadan).
ρ f, suyun yoğunluğunu temsil eder.
Kimyasal gözeneklilik örnekleri
Boşlukların sayısı veya gözeneklerinin büyüklüğü gibi bazı gözenekli malzemelerin benzersiz özellikleri onları ilginç bir çalışma nesnesi haline getirir.
Bu şekilde, bu muazzam fayda sağlayan bu maddelerin büyük bir kısmı doğada bulunur, ancak laboratuarlarda çok daha fazlası sentezlenebilir.
Bir reaktifin gözeneklilik niteliklerini etkileyen faktörlerin araştırılması, olası uygulamaların belirlenmesine ve bilim insanlarının malzeme bilimi ve teknolojisi alanlarında ilerlemeye devam etmelerine yardımcı olacak yeni maddeler elde etmeye çalışmasına izin verir.
Kimyasal gözenekliliğin çalışıldığı ana alanlardan biri, gaz adsorpsiyonu ve ayrılması gibi diğer alanlarda olduğu gibi katalizdedir.
zeolitler
Bunun kanıtı zeolitler ve organik metallerin yapısı gibi kristalimsi ve mikro gözenekli malzemelerin araştırılmasıdır.
Bu durumda, zeolitler, katalizör olarak, asit kataliziyle gerçekleştirilen reaksiyonlarda, gözenekli oksit gibi mineral özelliklerinden dolayı, küçük, orta ve büyük boyutlu gözeneklere sahip farklı türlerde zeolitler bulunduğundan, katalizör olarak kullanılır.
Zeolitlerin kullanımına bir örnek, petrol rafinerilerinde bir fraksiyondan benzin üretmek için kullanılan veya ağır ham yağdan kesilen bir yöntem olan katalitik kırma işlemindedir.
Hibrit malzemeleri içeren organik metal yapılar
Araştırılan bir başka bileşik sınıfı, organik bir fragman, bağlayıcı madde ve bu maddeler için temel temeli oluşturan inorganik bir fragmandan oluşan hibrit materyalleri içeren organik metal yapılardır.
Bu, yukarıda tarif edilen zeolitlere göre yapısında daha büyük bir karmaşıklığı temsil eder; bu nedenle, benzersiz özelliklere sahip yeni malzemelerin tasarımı için kullanılabildiklerinden, zeolitler için hayal edilebilecek çok daha fazla olasılık içerir.
Çalışma süresi az olan bir grup materyal olmasına rağmen, bu organik metal yapılar birçok farklı yapı ve özelliğe sahip malzemeler üretmek için çok sayıda sentezin ürünü olmuştur.
Bu yapılar, diğer reaktiflerin yanı sıra, tereftalik asit ve zirkonyum ürünü olan özel ilgi alanlarından biri de dahil olmak üzere, termal ve kimyasal olarak oldukça kararlıdır.
UIO-66
UiO-66 olarak adlandırılan bu madde, kataliz ve adsorpsiyon alanlarında çalışmalar için ideal bir malzeme yapan, yeterli gözenekliliğe ve diğer özelliklere sahip geniş bir yüzeye sahiptir.
diğerleri
Son olarak, farmasötik uygulamalarda, toprak araştırmalarında, petrol endüstrisinde ve diğer maddelerin gözenekliliğinin olağanüstü materyaller elde etmek ve bunları bilim lehine kullanmak için temel olarak kullanıldığı pek çok örnek için bir örnek vardır.
