POROSITÀ CHIMICA: CARATTERISTICHE, TIPOLOGIE ED ESEMPI - CHIMICA - 2025

La porosità chimica è la capacità di alcuni materiali di assorbire o passare attraverso determinate altre sostanze in fase liquida o gassosa, per mezzo di vuoti presenti nella sua struttura. Quando si parla di porosità, viene descritta la porzione di spazi "cavi" o vuoti in un certo materiale.

È rappresentato dalla porzione del volume di queste cavità divisa per il volume della totalità del materiale studiato. La grandezza o il valore numerico risultante da questo parametro può essere espresso in due modi: un valore compreso tra 0 e 1 o una percentuale (valore tra 0 e 100%), per descrivere quanto di un materiale è spazio vuoto.

Sebbene gli vengano attribuiti molteplici usi in diversi rami delle scienze dei materiali pure, applicate, tra gli altri, la principale funzionalità della porosità chimica è legata alla capacità di un certo materiale di consentire l'assorbimento di fluidi; cioè liquidi o gas.

Inoltre, attraverso questo concetto vengono analizzate le dimensioni e la quantità di vuoti o "pori" che hanno un setaccio o una membrana parzialmente permeabile in certi solidi.

caratteristiche

Due sostanze interagiscono

La porosità è la porzione del volume di un presunto solido che è certamente vuota ed è correlata al modo in cui due sostanze interagiscono, conferendogli specifiche caratteristiche di conduttività, cristallina, proprietà meccaniche e molte altre.

La velocità di reazione dipende dallo spazio della superficie solida

Nelle reazioni che avvengono tra una sostanza gassosa e un solido o tra un liquido e un solido, la velocità di una reazione dipende in gran parte dallo spazio sulla superficie del solido che è disponibile affinché la reazione abbia luogo.

L'accessibilità o la penetrabilità dipende dai pori

L'accessibilità o penetrabilità che una sostanza può avere sulla superficie interna di una particella di un dato materiale o composto è anche strettamente correlata alle dimensioni e alle caratteristiche dei pori, nonché al numero di essi.

Tipi di porosità chimica

La porosità può essere di molti tipi (geologica, aerodinamica, chimica, tra gli altri), ma quando si tratta di chimica, vengono descritti due tipi: massa e volumetrica, a seconda della classe di materiale che si sta studiando.

Porosità di massa

Facendo riferimento alla porosità della massa, si determina la capacità di una sostanza di assorbire acqua. Per questo, viene utilizzata l'equazione mostrata di seguito:

% P _m = (m _s - m ₀ ) / m ₀ x 100

In questa formula:

P _m rappresenta la proporzione di pori (espressa in percentuale).
m _{s si} riferisce alla massa della frazione dopo essere stata immersa in acqua.
m ₀ descrive la massa di qualsiasi frazione della sostanza prima che fosse sommersa.

Porosità volumetrica

Allo stesso modo, per determinare la porosità volumetrica di un determinato materiale o la proporzione delle sue cavità, viene utilizzata la seguente formula matematica:

% P _v = ρ _m / x 100

In questa formula:

P _v descrive la proporzione di pori (espressa in percentuale).
ρ _{m si} riferisce alla densità della sostanza (non immersa).
ρ _f rappresenta la densità dell'acqua.

Esempi di porosità chimica

Le caratteristiche uniche di alcuni materiali porosi, come il numero di cavità o la dimensione dei loro pori, li rendono un interessante oggetto di studio.

Pertanto, un gran numero di queste sostanze estremamente utili si trovano in natura, ma molte altre possono essere sintetizzate nei laboratori.

Investigare i fattori che influenzano le qualità di porosità di un reagente ci permette di determinare le possibili applicazioni che ha e di cercare di ottenere nuove sostanze che aiutino gli scienziati a continuare ad avanzare nei settori della scienza e della tecnologia dei materiali.

Una delle aree principali in cui viene studiata la porosità chimica è la catalisi, come in altre aree come l'adsorbimento e la separazione dei gas.

Zeoliti

Prova di ciò è lo studio di materiali cristallini e microporosi, come le zeoliti e la struttura dei metalli organici.

In questo caso, le zeoliti vengono utilizzate come catalizzatori nelle reazioni che vengono condotte mediante catalisi acida, per le loro proprietà minerali come l'ossido poroso e ci sono diversi tipi di zeoliti con pori piccoli, medi e grandi.

Un esempio dell'uso delle zeoliti è nel processo di cracking catalitico, un metodo utilizzato nelle raffinerie di petrolio per produrre benzina da una frazione o tagliata da petrolio greggio pesante.

Strutture metalliche organiche che coinvolgono materiali ibridi

Un'altra classe di composti che vengono studiati sono le strutture dei metalli organici che coinvolgono materiali ibridi, creati da un frammento organico, la sostanza legante e un frammento inorganico che costituisce la base fondamentale di queste sostanze.

Ciò rappresenta una maggiore complessità nella sua struttura rispetto a quella delle zeoliti sopra descritte, quindi include possibilità molto maggiori rispetto a quelle immaginabili per le zeoliti poiché possono essere utilizzate per la progettazione di nuovi materiali con proprietà uniche.

Nonostante siano un gruppo di materiali con poco tempo di studio, queste strutture organiche di metalli sono state il prodotto di un gran numero di sintesi per produrre materiali con molte strutture e proprietà diverse.

Queste strutture sono abbastanza stabili termicamente e chimicamente, inclusa una di particolare interesse che è il prodotto di acido tereftalico e zirconio, tra gli altri reagenti.

UiO-66

Questa sostanza, denominata UiO-66, ha un'ampia superficie con adeguata porosità e altre caratteristiche che la rendono un materiale ottimale per gli studi nelle aree di catalisi e adsorbimento.

Altri

Infine, innumerevoli sono gli esempi nelle applicazioni farmaceutiche, nella ricerca sul suolo, nell'industria petrolifera e molti altri dove la porosità delle sostanze viene utilizzata come base per ottenere materiali straordinari e utilizzarli a favore della scienza.

Riferimenti

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