Độ xốp hóa học: Đặc điểm, loại và ví dụ
Độ xốp hóa học là khả năng của một số vật liệu nhất định hấp thụ hoặc cho qua một số chất trong pha lỏng hoặc khí, qua các khoảng trống có trong cấu trúc của chúng. Khi nói về độ xốp, phần "rỗng" hoặc khoảng trống trong một vật liệu nhất định được mô tả.
Nó được biểu thị bằng phần thể tích của các hốc này chia cho thể tích của tổng vật liệu nghiên cứu. Độ lớn hoặc giá trị số kết quả từ tham số này có thể được biểu thị theo hai cách: giá trị từ 0 đến 1 hoặc tỷ lệ phần trăm (giá trị từ 0 đến 100%), để mô tả bao nhiêu vật liệu là không gian trống.
Mặc dù được quy cho nhiều mục đích sử dụng trong các ngành khoa học thuần túy khác nhau, ứng dụng, vật liệu, trong số những thứ khác, chức năng chính của độ xốp hóa học có liên quan đến khả năng của vật liệu nhất định cho phép hấp thụ chất lỏng; đó là chất lỏng hoặc chất khí.
Ngoài ra, khái niệm này phân tích kích thước và số lượng lỗ hoặc "lỗ chân lông" mà một cái sàng hoặc màng thấm một phần có trong một số chất rắn nhất định.
Các tính năng
Hai chất tương tác
Độ xốp là phần thể tích của một giả định chắc chắn là rỗng và có liên quan đến cách thức hai chất tương tác, đưa ra các đặc tính cụ thể về độ dẫn, tinh thể, tính chất cơ học và nhiều chất khác.
Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào không gian bề mặt của vật rắn
Trong các phản ứng xảy ra giữa chất khí và chất rắn hoặc giữa chất lỏng và chất rắn, độ nhanh của phản ứng phụ thuộc rất lớn vào không gian của bề mặt chất rắn có sẵn để phản ứng có thể được thực hiện.
Khả năng tiếp cận hoặc thâm nhập phụ thuộc vào lỗ chân lông
Khả năng tiếp cận hoặc khả năng xâm nhập mà một chất có thể có trên bề mặt bên trong của hạt của một vật liệu hoặc hợp chất nhất định, cũng liên quan chặt chẽ đến kích thước và đặc điểm của lỗ chân lông, cũng như số lượng của chúng.
Các loại độ xốp hóa học
Độ xốp có thể có nhiều loại (địa chất, khí động học, hóa học, trong số các loại khác), nhưng khi nói đến hóa học, hai loại được mô tả: khối lượng và khối lượng, tùy thuộc vào loại vật liệu được nghiên cứu.
Độ xốp khối lượng lớn
Khi đề cập đến độ xốp khối lượng, khả năng hấp thụ nước của một chất được xác định. Đối với điều này, phương trình hiển thị dưới đây được sử dụng:
% P m = (m s - m 0 ) / m 0 x 100
Trong công thức này:
P m đại diện cho tỷ lệ lỗ chân lông (được biểu thị bằng phần trăm).
m s dùng để chỉ khối lượng của phần sau khi chìm trong nước.
m 0 mô tả khối lượng của bất kỳ phần nào của chất trước khi ngập nước.
Độ xốp thể tích
Tương tự, để xác định độ xốp thể tích của một vật liệu nhất định hoặc tỷ lệ các hốc của nó, công thức toán học sau đây được sử dụng:
% P v = ρ m / [ρ m + (ρ f / P m )] x 100
Trong công thức này:
P v mô tả tỷ lệ lỗ chân lông (được biểu thị bằng phần trăm).
ρ m là mật độ của chất (không ngập nước).
ρ f đại diện cho mật độ của nước.
Ví dụ về độ xốp hóa học
Các đặc điểm độc đáo của một số vật liệu xốp, chẳng hạn như số lượng lỗ hổng hoặc kích thước lỗ chân lông của chúng, làm cho chúng trở thành một đối tượng nghiên cứu thú vị.
Theo cách này, một lượng lớn các chất có ích rất lớn này được tìm thấy trong tự nhiên, nhưng nhiều chất khác có thể được tổng hợp trong các phòng thí nghiệm.
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng độ xốp của thuốc thử cho phép xác định các ứng dụng có thể có và cố gắng thu được các chất mới giúp các nhà khoa học tiếp tục tiến bộ trong lĩnh vực khoa học và công nghệ vật liệu.
Một trong những lĩnh vực chính trong đó độ xốp hóa học được nghiên cứu là trong xúc tác, cũng như trong các lĩnh vực khác như hấp phụ và tách khí.
Zeolit
Bằng chứng về điều này là việc điều tra các vật liệu tinh thể và vi mô, như zeolit và cấu trúc của kim loại hữu cơ.
Trong trường hợp này, zeolit được sử dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng được thực hiện bằng phương pháp xúc tác axit, do tính chất khoáng của chúng là oxit xốp vì có các loại zeolit khác nhau có lỗ nhỏ, vừa và lớn.
Một ví dụ về việc sử dụng zeolit là trong quá trình cracking xúc tác, một phương pháp được sử dụng trong các nhà máy lọc dầu để sản xuất xăng từ một phần nhỏ hoặc cắt từ dầu thô nặng.
Cấu trúc kim loại hữu cơ liên quan đến vật liệu lai
Một loại hợp chất khác được nghiên cứu là các cấu trúc kim loại hữu cơ liên quan đến các vật liệu lai, được tạo ra từ một mảnh hữu cơ, chất liên kết và một mảnh vô cơ tạo thành cơ sở cơ bản cho các chất này.
Điều này thể hiện sự phức tạp lớn hơn trong cấu trúc của nó đối với các zeolit được mô tả ở trên, do đó nó bao gồm các khả năng lớn hơn nhiều so với tưởng tượng của zeolite vì chúng có thể được sử dụng để thiết kế các vật liệu mới có tính chất độc đáo.
Mặc dù là một nhóm vật liệu có ít thời gian nghiên cứu, những cấu trúc kim loại hữu cơ này đã là sản phẩm của một số lượng lớn tổng hợp để sản xuất vật liệu có nhiều cấu trúc và tính chất khác nhau.
Các cấu trúc này khá ổn định về nhiệt và hóa học, bao gồm một trong những mối quan tâm đặc biệt là sản phẩm của axit terephthalic và zirconium, trong số các thuốc thử khác.
UiO-66
Chất này, được gọi là UiO-66, có bề mặt rộng với độ xốp đầy đủ và các đặc tính khác làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các nghiên cứu trong các lĩnh vực xúc tác và hấp phụ.
Những người khác
Cuối cùng, có vô số ví dụ trong các ứng dụng dược phẩm, điều tra đất đai, trong ngành công nghiệp dầu mỏ và nhiều ngành khác, nơi độ xốp của các chất được sử dụng làm cơ sở để có được các vật liệu đặc biệt và sử dụng chúng theo hướng khoa học.
