Caractéristiques de la porosité chimique, types et exemples

Le porosité chimique est la capacité de certains matériaux à absorber ou laisser passer certaines substances en phase liquide ou gazeuse, à travers des espaces vides présents dans sa structure. En parlant de porosité, la partie des espaces "creux" ou vides dans un certain matériau est décrite.

Il est représenté par la partie volumique de ces cavités divisée par le volume de la matière totale étudiée. L'amplitude ou la valeur numérique résultant de ce paramètre peut être exprimée de deux manières: une valeur comprise entre 0 et 1 ou un pourcentage (valeur entre 0 et 100%) pour décrire la quantité d'espace d'un matériau vide.

Bien qu'on lui attribue de multiples utilisations dans différentes branches des sciences pures, les matériaux appliqués, entre autres, la fonctionnalité principale de la porosité chimique est liée à la capacité de certains matériaux à absorber les fluides; c'est-à-dire des liquides ou des gaz.

De plus, ce concept analyse les dimensions et le nombre de trous ou de "pores" qu'un tamis ou une membrane partiellement perméable a dans certains solides.

Index

• 1 caractéristiques
  • 1.1 Interagir deux substances
  • 1.2 La vitesse de réaction dépend de l'espace de surface du solide
  • 1.3 L'accessibilité ou la pénétration dépend des pores
• 2 types de porosité chimique
  • 2.1 porosité de masse
  • 2.2 porosité volumétrique
• 3 exemples de porosité chimique
  • 3.1 zéolites
  • 3.2 Structures métalliques organiques impliquant des matériaux hybrides
  • 3.3 UiO-66
  • 3.4 Autre
• 4 références

Caractéristiques

Interagir deux substances

La porosité est la partie volumique d'une hypothèse solide qui est certainement creuse et qui est liée à la façon dont deux substances interagissent, donnant des caractéristiques spécifiques de conductivité, de propriétés cristallines, mécaniques et bien d'autres.

La vitesse de réaction dépend de l'espace de surface du solide

Dans les réactions qui se produisent entre une substance gazeuse et un solide ou entre un liquide et un solide, la rapidité de la réaction dépend dans une large mesure de l’espace de la surface du solide disponible pour que la réaction puisse être effectuée.

L'accessibilité ou la pénétrabilité dépend des pores

L'accessibilité ou la pénétrabilité d'une substance sur la surface interne d'une particule d'un matériau ou d'un composé donné est également étroitement liée aux dimensions et aux caractéristiques des pores, ainsi qu'à leur nombre.

Types de porosité chimique

La porosité peut être de plusieurs types (géologique, aérodynamique, chimique, entre autres), mais en chimie, deux types sont décrits: la masse et le volume, en fonction du type de matériau étudié.

Porosité de masse

En se référant à la porosité de la masse, la capacité d'une substance à absorber de l'eau est déterminée. Pour cela, l'équation ci-dessous est utilisée:

% P_m = (m_s - m₀) / m₀ x 100

Dans cette formule:

P_m représente la proportion de pores (exprimée en pourcentage).
m_s se réfère à la masse de la fraction après avoir été immergée dans l'eau.
m₀ décrit la masse de toute fraction de la substance avant son immersion.

Porosité volumétrique

De même, pour déterminer la porosité volumétrique d'un certain matériau ou la proportion de ses cavités, on utilise la formule mathématique suivante:

% P_v = ρ_m/[ρ_m + (ρ_f/ P_m)] x 100

Dans cette formule:

P_v décrit la proportion de pores (exprimée en pourcentage).
ρ_m il fait référence à la densité de la substance (sans immersion).
ρ_f représente la densité de l'eau.

Exemples de porosité chimique

Les caractéristiques uniques de certains matériaux poreux, tels que le nombre de cavités ou la taille de leurs pores, en font un objet d'étude intéressant.

De cette manière, une grande quantité de ces substances de grande utilité se trouve dans la nature, mais beaucoup d’autres peuvent être synthétisées en laboratoire.

Enquêter sur les facteurs qui influent sur les qualités de porosité d'un réactif pour déterminer les applications possibles qu'il a et essayer d'obtenir de nouvelles substances qui aident les scientifiques à de nouveaux progrès dans les domaines de la science et de la technologie des matériaux.

L'un des principaux domaines dans lesquels la porosité chimique est étudiée est la catalyse, comme dans d'autres domaines tels que l'adsorption et la séparation des gaz.

Zéolites

La preuve en est l'étude des matériaux cristallins et microporeux, tels que les zéolithes et la structure des métaux organiques.

Dans ce cas, les zeolites utilisées comme catalyseurs dans des réactions qui sont réalisées au moyen d'une catalyse acide en raison de ses propriétés minérales comme de l'oxyde poreux et il existe différents types de zeolites à pores de petite, moyenne et grande.

Un exemple d'utilisation des zéolithes est le procédé de craquage catalytique, une méthode utilisée dans les raffineries de pétrole pour produire de l'essence à partir d'une fraction ou du pétrole brut lourd.

Structures métalliques organiques impliquant des matériaux hybrides

Une autre classe de composés étudiés sont les structures métalliques organiques qui impliquent des matériaux hybrides, créés à partir d'un fragment organique, de la substance de liaison et d'un fragment inorganique qui constitue la base fondamentale de ces substances.

Ceci représente une plus grande complexité dans sa structure par rapport à celle des zéolites décrites ci-dessus, de sorte qu'il comprend des possibilités beaucoup plus grandes que celles imaginables pour les zéolithes, car elles peuvent être utilisées pour la conception de nouveaux matériaux aux propriétés uniques.

En dépit d'être un groupe de matériaux avec peu de temps d'étude, ces structures organiques de métaux ont été le produit d'un grand nombre de synthèses pour produire des matériaux avec de nombreuses structures et propriétés différentes.

Ces structures sont assez stables thermiquement et chimiquement, y compris celles qui présentent un intérêt particulier en tant que produit de l'acide téréphtalique et du zirconium, entre autres réactifs.

UiO-66

Cette substance, appelée UiO-66, présente une surface étendue avec une porosité adéquate et d’autres caractéristiques qui en font un matériau idéal pour des études dans les domaines de la catalyse et de l’adsorption.

D'autres

Enfin, il existe une infinité d'exemples d'applications pharmaceutiques, d'investigations de sols, de l'industrie pétrolière et de nombreuses autres où la porosité des substances est utilisée pour obtenir des matériaux extraordinaires et les utiliser au profit de la science.

Références

1. Lillerud, K. P. (2014). Matériaux poreux Récupéré de mn.uio.no
2. Joardder, M. U., Karim, A., Kumar, C. (2015). Porosité: établir la relation entre les paramètres de séchage et la qualité des aliments séchés. Récupéré de books.google.co.ve
3. Burroughs, C., Charles, J.A. et al. (2018). Encyclopédie Britannica. Récupéré de britannica.com
4. Rice, R. W. (2017). Porosité de la céramique: propriétés et applications. Récupéré de books.google.co.ve