נקבוביות כימית: מאפיינים, סוגים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

הנקבובי הכימי הוא היכולת של חומרים מסוימים לקלוט או לעבור דרך חומרים מסוימים אחרים בשלב נוזל או גז, באמצעות חללים להציג במבנה שלה. כשמדברים על נקבוביות, מתואר החלק של "חללים" או ריקים בחומר מסוים.

זה מיוצג על ידי חלק הנפח של חללים אלה מחולק על ידי נפח מכלול החומר הנלמד. ניתן לבטא את העוצמה או הערך המספרי הנובע מפרמטר זה בשתי דרכים: ערך בין 0 ל- 1 או אחוז (ערך בין 0 ל- 100%), כדי לתאר כמה מחומר הוא שטח ריק.

למרות העובדה כי שימושים מרובים מיוחסים לו בענפים שונים של מדעי חומרים טהורים, מיושמים, בין היתר, הפונקציונליות העיקרית של נקבוביות כימית קשורה ליכולתו של חומר מסוים לאפשר ספיגת נוזלים; כלומר נוזלים או גזים.

בנוסף, דרך מושג זה מנותחים את הממדים וכמות החללים או ה"נקבוביות "שמסננת או קרום חדיר בחלקם במוצקים מסוימים.

מאפיינים

שני חומרים אינטראקציה

נקבוביות היא חלק הנפח של מוצק כביכול שהוא בהחלט חלול וקשור לאופן בו שני חומרים מתקשרים, מה שמקנה לו מאפיינים ספציפיים של מוליכות, גבישים, תכונות מכניות ורבים אחרים.

מהירות התגובה תלויה במרחב של המשטח המוצק

בתגובות המתרחשות בין חומר גזי למוצק או בין נוזל למוצק, מהירות התגובה תלויה במידה רבה במרחב על פני המוצק הזמין לתגובה להתרחש.

הנגישות או הכישורים הנדרשים תלויות בנקבוביות

הנגישות או הכישורים הקשים שיש לחומר על פני השטח הפנימיים של חלקיק מחומר או תרכובת מסוימים קשורים גם הם לממדים ולמאפיינים של הנקבוביות, כמו גם למספרם.

סוגי נקבוביות כימיות

נקבוביות יכולה להיות מסוגים רבים (גיאולוגית, אווירודינמית, כימית, בין היתר), אך כאשר עוסקים בכימיה מתוארים שני סוגים: מסה ונפח, תלוי במעמד החומר הנחקר.

נקבוביות המונית

בהתייחס לנקבוביות ההמונית נקבעת יכולתו של חומר לספוג מים. לשם כך משתמשים במשוואה המוצגת להלן:

% P _m = (m _s - m ₀ ) / m ₀ x 100

בנוסחה זו:

P _m מייצג את שיעור הנקבוביות (מבוטא כאחוז).
m _s מתייחס למסת השבר לאחר שקוע במים.
m ₀ מתאר את המסה של כל חלק מהחומר לפני שהוא שקוע.

נקבוביות נפחית

באופן דומה, כדי לקבוע את נקבוביות הנפח של חומר מסוים או את חלק חלליו, משתמשים בנוסחה המתמטית הבאה:

% P _v = ρ _m / x 100

בנוסחה זו:

P _v מתאר את שיעור הנקבוביות (מבוטא כאחוז).
ρ _m מתייחס לצפיפות החומר (לא שקוע).
ρ _f מייצג את צפיפות המים.

דוגמאות לנקבוביות כימית

המאפיינים הייחודיים של חומרים נקבוביים מסוימים, כמו מספר החללים או גודל הנקבוביות שלהם, הופכים אותם למושא מחקר מעניין.

לפיכך, חלק גדול מחומרים שימושיים במיוחד אלה נמצאים בטבע, אך ניתן לסנתז רבים אחרים במעבדות.

בחינת הגורמים המשפיעים על איכויות הנקבוביות של מגיב מאפשרת לנו לקבוע את היישומים האפשריים שיש לו ולנסות להשיג חומרים חדשים המסייעים למדענים להמשיך להתקדם בתחומי מדעי החומרים והטכנולוגיה.

אחד האזורים העיקריים בהם נחקר נקבוביות כימית הוא בקטליזה, כמו באזורים אחרים כמו ספיחת גז והפרדה.

זאוליטים

הוכחה לכך היא חקירת חומרים גבישיים ומיקרופוריים, כמו זאוליטים ומבנה מתכות אורגניות.

במקרה זה, זאוליטים משמשים כזרזים בתגובות המתבצעות באמצעות קטליזה חומצית, בשל תכונותיהם המינרליות כמו נקבובית תחמוצת ויש סוגים שונים של זאוליטים עם נקבוביות קטנות, בינוניות וגדולות.

דוגמה לשימוש בזאוליטים היא בתהליך הפיצוח הקטליטי, שיטה המשמשת בבתי זיקוק לייצור בנזין משבריר או חתוכה משמן גולמי כבד.

מבני מתכת אורגניים הכוללים חומרים היברידיים

סוג נוסף של תרכובות הנחקרות הן מבני מתכות אורגניות המערבות חומרים היברידיים, הנוצרים משבר אורגני, החומר המחייב וקטע אורגני המהווה את הבסיס היסודי לחומרים אלה.

זה מייצג מורכבות רבה יותר במבנה שלו ביחס לזוייטים שתוארו לעיל, ולכן הוא כולל אפשרויות הרבה יותר גדולות מאלה שניתן להעלות על הדעת עבור זאוליטים שכן הם יכולים לשמש לעיצוב חומרים חדשים עם תכונות ייחודיות.

למרות היותם קבוצה של חומרים עם מעט זמן לימוד, מבנים אורגניים אלה של מתכות היו תוצר של מספר גדול של סינתזות לייצור חומרים בעלי מבנים ותכונות רבות ושונות.

מבנים אלה יציבים למדי מבחינה תרמית וכימית, כולל אחד המעניין במיוחד שהוא תוצר של חומצה טרפטלית וזירקוניום, בין ריאגנטים אחרים.

UiO-66

לחומר זה, הנקרא UiO-66, יש משטח גדול עם נקבוביות מספקת ומאפיינים אחרים ההופכים אותו לחומר אופטימלי למחקרים בתחומי הקטליזה והספיחה.

אחרים

לבסוף, ישנן אין ספור דוגמאות ביישומי תרופות, מחקר בקרקע, בתעשיית הנפט ורבות אחרות בהן נקבוביות החומרים משמשת בסיס להשיג חומרים יוצאי דופן ולהשתמש בהם לטובת המדע.

הפניות

1. לילרוד, KP (2014). חומרים נקבוביים. התאושש מ- mn.uio.no
2. Joardder, MU, Karim, A., Kumar, C. (2015). נקבוביות: ביסוס הקשר בין פרמטרים לייבוש ואיכות מזון יבש. התאושש מ- books.google.co.ve
3. בורוז, סי, צ'ארלס, ג'יי.איי ואח '. (2018). אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ- britannica.com
4. רייס, RW (2017). נקבוביות הקרמיקה: מאפיינים ויישומים. התאושש מ- books.google.co.ve