Porosidade química: características, tipos e exemplos - Ciência - 2023

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o porosidade química É a capacidade de certos materiais em absorver ou deixar certas substâncias da fase líquida ou gasosa passarem por eles, através dos espaços vazios presentes em sua estrutura. Quando se fala em porosidade, descreve-se a porção de espaços "ocos" ou vazios em um determinado material.

É representado pela porção do volume dessas cavidades dividida pelo volume da totalidade do material estudado. A magnitude ou valor numérico resultante deste parâmetro pode ser expresso de duas maneiras: um valor entre 0 e 1 ou uma porcentagem (valor entre 0 e 100%), para descrever quanto de um material é espaço vazio.

Embora lhe sejam atribuídos múltiplos usos em diferentes ramos das ciências puras, aplicadas, dos materiais, entre outras, a principal funcionalidade da porosidade química está ligada à capacidade de um determinado material permitir a absorção de fluidos; isto é, líquidos ou gases.

Além disso, através deste conceito são analisadas as dimensões e a quantidade de vazios ou "poros" que uma peneira ou membrana parcialmente permeável a determinados sólidos.

Características de porosidade

Duas substâncias interagem

Porosidade é a porção do volume de um suposto sólido que é certamente oco e está relacionada à forma como duas substâncias interagem, conferindo-lhe características específicas de condutividade, cristalina, propriedades mecânicas e muitas outras.

A velocidade de reação depende do espaço da superfície do sólido

Em reações que ocorrem entre uma substância gasosa e um sólido ou entre um líquido e um sólido, a velocidade de uma reação depende muito do espaço na superfície do sólido que está disponível para a reação ocorrer.

Acessibilidade ou penetrabilidade depende dos poros

A acessibilidade ou penetrabilidade que uma substância pode ter na superfície interna de uma partícula de um determinado material ou composto, também está intimamente relacionada às dimensões e características dos poros, bem como ao seu número.

Tipos de porosidade química

A porosidade pode ser de vários tipos (geológica, aerodinâmica, química, entre outros), mas quando se trata de química, dois tipos são descritos: de massa e volumétrica, dependendo da classe de material que está sendo estudada.

Porosidade de massa

Referindo-se à porosidade da massa, a capacidade de uma substância em absorver água é determinada. Para isso, utiliza-se a equação abaixo:

% P_m = (m_s - m₀) / m₀ x 100

Nesta fórmula:

P_m representa a proporção de poros (expressa como uma porcentagem).
m_s refere-se à massa da fração após ser submersa em água.
m₀descreve a massa de qualquer fração da substância antes de ser submersa.

Porosidade volumétrica

Da mesma forma, para determinar a porosidade volumétrica de um determinado material ou a proporção de suas cavidades, a seguinte fórmula matemática é usada:

% P_v = ρ_m/[ρ_m + (ρ_F/ P_m)] x 100

Nesta fórmula:

P_v descreve a proporção de poros (expressa como uma porcentagem).
ρ_m refere-se à densidade da substância (não imersa).
ρ_F representa a densidade da água.

Exemplos de porosidade química

As características únicas de alguns materiais porosos, como o número de cavidades ou o tamanho dos poros, fazem deles um interessante objeto de estudo.

Assim, um grande número dessas substâncias extremamente úteis são encontradas na natureza, mas muitas mais podem ser sintetizadas em laboratórios.

Investigar os fatores que influenciam as qualidades de porosidade de um reagente permite determinar as possíveis aplicações que ele tem e tentar obter novas substâncias que ajudem os cientistas a continuar avançando nas áreas de ciência e tecnologia de materiais.

Uma das principais áreas em que a porosidade química é estudada é na catálise, como em outras áreas, como adsorção e separação de gases.

Zeólitas

Prova disso é a investigação de materiais cristalinos e microporosos, como as zeólitas e a estrutura dos metais orgânicos.

Nesse caso, as zeólitas são utilizadas como catalisadores em reações que são realizadas por meio de catálise ácida, devido às suas propriedades minerais como óxido poroso e por existirem diferentes tipos de zeólitas com poros pequenos, médios e grandes.

Um exemplo do uso de zeólitas está no processo de craqueamento catalítico, método utilizado em refinarias de petróleo para produzir gasolina a partir de uma fração ou corte de petróleo bruto pesado.

Estruturas de metal orgânicas envolvendo materiais híbridos

Outra classe de compostos em investigação são as estruturas metálicas orgânicas que envolvem materiais híbridos, criados a partir de um fragmento orgânico, a substância ligante e um fragmento inorgânico que constitui a base fundamental para essas substâncias.

Isso representa uma maior complexidade em sua estrutura em relação às zeólitas descritas acima, portanto inclui possibilidades muito maiores do que as imagináveis para as zeólitas, uma vez que podem ser utilizadas para o desenho de novos materiais com propriedades únicas.

Apesar de ser um grupo de materiais com pouco tempo de estudo, essas estruturas orgânicas dos metais têm sido o produto de um grande número de sínteses para produzir materiais com as mais diversas estruturas e propriedades.

Essas estruturas são bastante estáveis térmica e quimicamente, incluindo uma de especial interesse que é o produto do ácido tereftálico e do zircônio, entre outros reagentes.

UiO-66

Essa substância, denominada UiO-66, possui grande área superficial com porosidade adequada e outras características que a tornam um material ideal para estudos nas áreas de catálise e adsorção.

Outras

Finalmente, são inúmeros os exemplos em aplicações farmacêuticas, pesquisa de solos, na indústria de petróleo e muitos outros onde a porosidade das substâncias é usada como base para obter materiais extraordinários e utilizá-los a favor da ciência.

Referências

Lillerud, K. P. (2014). Materiais porosos. Recuperado de mn.uio.no
Joardder, M. U., Karim, A., Kumar, C. (2015). Porosidade: Estabelecendo a relação entre parâmetros de secagem e qualidade de alimentos desidratados. Recuperado de books.google.co.ve
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Rice, R. W. (2017). Porosidade da Cerâmica: Propriedades e Aplicações. Recuperado de books.google.co.ve