POROSITÉ CHIMIQUE: CARACTÉRISTIQUES, TYPES ET EXEMPLES - CHIMIE - 2024

La porosité chimique est la capacité de certains matériaux à absorber ou à traverser certaines autres substances en phase liquide ou gazeuse, au moyen de vides présents dans sa structure. Lorsqu'on parle de porosité, on décrit la portion d'espaces «creux» ou vides dans un certain matériau.

Il est représenté par la part du volume de ces cavités divisée par le volume de la totalité du matériau étudié. La grandeur ou valeur numérique résultant de ce paramètre peut être exprimée de deux manières: une valeur comprise entre 0 et 1 ou un pourcentage (valeur comprise entre 0 et 100%), pour décrire combien d'un matériau est un espace vide.

Bien que de multiples utilisations lui soient attribuées dans différentes branches des sciences des matériaux pures et appliquées, entre autres, la fonctionnalité principale de la porosité chimique est liée à la capacité d'un certain matériau à permettre l'absorption de fluides; c'est-à-dire des liquides ou des gaz.

De plus, grâce à ce concept, les dimensions et la quantité de vides ou de "pores" qu'ont un tamis ou une membrane partiellement perméable dans certains solides sont analysées.

caractéristiques

Deux substances interagissent

La porosité est la partie du volume d'un solide supposé qui est certainement creuse et qui est liée à la manière dont deux substances interagissent, lui donnant des caractéristiques spécifiques de conductivité, cristallines, propriétés mécaniques et bien d'autres.

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

Dans les réactions qui se produisent entre une substance gazeuse et un solide ou entre un liquide et un solide, la vitesse d'une réaction dépend en grande partie de l'espace à la surface du solide qui est disponible pour que la réaction ait lieu.

L'accessibilité ou la pénétrabilité dépend des pores

L'accessibilité ou la pénétrabilité qu'une substance peut avoir sur la surface interne d'une particule d'un matériau ou 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 lorsqu'il s'agit de chimie, deux types sont décrits: massique et volumétrique, selon la classe de matériau à l'étude.

Porosité de masse

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

% P _m = (m _s - m ₀) / m ₀ x 100

Dans cette formule:

P _m représente la proportion de pores (exprimée en pourcentage).

m _s fait référence à la masse de la fraction après avoir été immergée dans l'eau.

m ₀ décrit la masse de toute fraction de la substance avant qu'elle ne soit submergée.

Porosité volumétrique

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

% P _v = ρ _m / x 100

Dans cette formule:

P _v décrit la proportion de pores (exprimée en pourcentage).

ρ _m fait référence à la densité de la substance (non immergée).

ρ _f représente la densité de l'eau.

Exemples de porosité chimique

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

Ainsi, un grand nombre de ces substances extrêmement utiles se trouvent dans la nature, mais bien d'autres peuvent être synthétisées en laboratoire.

L'étude des facteurs qui influencent les qualités de porosité d'un réactif nous permet de déterminer les applications possibles qu'il a et d'essayer d'obtenir de nouvelles substances qui aident les scientifiques à continuer à progresser dans les domaines de la science et de la technologie des matériaux.

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

Zéolithes

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 zéolites sont utilisées comme catalyseurs dans des réactions qui sont effectuées au moyen de la catalyse acide, en raison de leurs propriétés minérales en tant qu'oxyde poreux et il existe différents types de zéolites avec des pores petits, moyens et grands.

Un exemple d'utilisation de 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 d'une coupe de pétrole brut lourd.

Structures métalliques organiques impliquant des matériaux hybrides

Une autre classe de composés étudiée est la structure des métaux 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 zéolithes décrites ci-dessus, donc il comprend des possibilités bien plus grandes que celles imaginables pour les zéolithes puisqu'elles peuvent être utilisées pour la conception de nouveaux matériaux aux propriétés uniques.

Bien qu'il s'agisse d'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 une structure d'intérêt particulier qui est le produit de l'acide téréphtalique et du zirconium, entre autres réactifs.

UiO-66

Cette substance, appelée UiO-66, a une grande surface avec une porosité adéquate et d'autres caractéristiques qui en font un matériau optimal pour les études dans les domaines de la catalyse et de l'adsorption.

Autres

Enfin, il existe d'innombrables exemples dans les applications pharmaceutiques, la recherche pédologique, dans l'industrie pétrolière et bien d'autres où la porosité des substances est utilisée comme base pour obtenir des matériaux extraordinaires et les utiliser au profit de la science.

Références

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4. Rice, RW (2017). Porosité des céramiques: propriétés et applications. Récupéré de books.google.co.ve