المسامية الكيميائية: الخصائص والأنواع والأمثلة
المسامية الكيميائية هي قدرة بعض المواد على امتصاص أو السماح ببعض المواد في الطور السائل أو الغازي ، من خلال المساحات الفارغة الموجودة في بنيتها. عند الحديث عن المسامية ، يتم وصف جزء "الفراغات المجوفة" أو الفارغة في مادة معينة.
ويمثلها جزء حجم هذه التجاويف مقسومًا على حجم المادة الإجمالية التي تمت دراستها. يمكن التعبير عن الحجم أو القيمة العددية الناتجة عن هذه المعلمة بطريقتين: قيمة تتراوح بين 0 و 1 أو نسبة مئوية (القيمة بين 0 و 100٪) ، لوصف مقدار المساحة الفارغة.
على الرغم من أن الاستخدامات المتعددة في فروع مختلفة من العلوم البحتة ، والمواد التطبيقية ، وغيرها ، فإن الوظيفة الرئيسية للمسامية الكيميائية مرتبطة بقدرة بعض المواد على السماح بامتصاص السوائل ؛ وهذا هو ، السوائل أو الغازات.
بالإضافة إلى ذلك ، يحلل هذا المفهوم أبعاد وعدد الثقوب أو "المسام" الموجودة في الغربال أو الغشاء المنفتح جزئيًا في بعض المواد الصلبة.
ملامح
تتفاعل مادتان
المسامية هي جزء الحجم من الافتراض الصلب الذي هو بالتأكيد جوفاء ويرتبط بالطريقة التي تتفاعل بها مادتان ، مع إعطاء خصائص محددة للتوصيل ، البلورية ، والخصائص الميكانيكية وغيرها الكثير.
تعتمد سرعة التفاعل على المساحة السطحية للمادة الصلبة
في التفاعلات التي تحدث بين مادة غازية ومادة صلبة أو بين سائلة ومادة صلبة ، تعتمد سرعة التفاعل إلى حد كبير على مساحة سطح المادة الصلبة المتاحة بحيث يمكن تنفيذ التفاعل.
إمكانية الوصول أو الاختراق يعتمد على المسام
ترتبط قابلية الوصول أو القابلية للنفاذ التي يمكن أن تحتويها مادة ما على السطح الداخلي لجسيم ما من مادة أو مركب معين ، ارتباطًا وثيقًا بأبعاد وخصائص المسام ، فضلاً عن عددها.
أنواع المسامية الكيميائية
يمكن أن تكون المسامية من عدة أنواع (الجيولوجية ، والديناميكية الهوائية ، والكيميائية ، وغيرها) ، ولكن عندما يتعلق الأمر بالكيمياء ، يتم وصف نوعين: الكتلة والحجم ، اعتمادًا على نوع المادة التي تتم دراستها.
المسامية الجماعية
عند الإشارة إلى مسامية الكتلة ، يتم تحديد قدرة المادة على امتصاص الماء. لهذا ، يتم استخدام المعادلة الموضحة أدناه:
٪ P m = (m s - m 0 ) / m 0 x 100
في هذه الصيغة:
تمثل P m نسبة المسام (معبراً عنها كنسبة مئوية).
تشير m s إلى كتلة الكسر بعد غمرها في الماء.
م 0 يصف كتلة أي جزء من المادة قبل المغمورة.
المسامية الحجمي
وبالمثل ، لتحديد المسامية الحجمية لمادة معينة أو نسبة تجاويفها ، يتم استخدام الصيغة الرياضية التالية:
٪ P v = ρ m / [ρ m + (ρ f / P m )] × 100
في هذه الصيغة:
يصف P v نسبة المسام (معبراً عنه كنسبة مئوية).
ρ m يشير إلى كثافة المادة (بدون غمر).
ρ f تمثل كثافة الماء.
أمثلة على المسامية الكيميائية
الخصائص الفريدة لبعض المواد المسامية ، مثل عدد التجاويف أو حجم مسامها ، تجعلها موضوعًا مثيرًا للدراسة.
وبهذه الطريقة ، توجد في الطبيعة كمية كبيرة من هذه المواد ذات الفائدة الهائلة ، ولكن يمكن تصنيع الكثير منها في المختبرات.
يتيح التحقيق في العوامل التي تؤثر على الصفات المسامية للكاشف تحديد التطبيقات الممكنة التي لديه ، ومحاولة الحصول على مواد جديدة تساعد العلماء على مواصلة التقدم في مجالات علوم وتكنولوجيا المواد.
أحد المجالات الرئيسية التي يتم فيها دراسة المسامية الكيميائية هو التحفيز ، كما هو الحال في مجالات أخرى مثل امتصاص الغاز وفصله.
الزيوليت
والدليل على ذلك هو التحقيق في المواد البلورية والتي يسهل اختراقها ، مثل الزيوليت وهيكل المعادن العضوية.
في هذه الحالة ، يتم استخدام الزيوليت كعوامل مساعدة في التفاعلات التي تتم عن طريق الحفز الحمضي ، نظرًا لخصائصها المعدنية كأكسيد مسامي نظرًا لوجود أنواع مختلفة من الزيوليتات ذات مسام صغيرة ومتوسطة وكبيرة.
مثال على استخدام الزيوليت هو في عملية التكسير الحفاز ، وهي طريقة تستخدم في مصافي البترول لإنتاج البنزين من جزء صغير أو مقطوع من النفط الخام الثقيل.
الهياكل المعدنية العضوية التي تنطوي على مواد مختلطة
هناك فئة أخرى من المركبات التي يتم فحصها وهي الهياكل المعدنية العضوية التي تحتوي على مواد هجينة ، تم إنشاؤها من شظايا عضوية ، مادة ملزمة وشظية غير عضوية تشكل الأساس الأساسي لهذه المواد.
يمثل هذا تعقيدًا أكبر في تركيبته فيما يتعلق بهيكل الزيوليت الموصوف أعلاه ، لذلك فهو يشتمل على إمكانيات أكبر بكثير مما يمكن تخيله بالنسبة للزيوليتات حيث يمكن استخدامها لتصميم مواد جديدة ذات خصائص فريدة.
على الرغم من كونها مجموعة من المواد ذات وقت الدراسة القليل ، فإن هذه الهياكل المعدنية العضوية كانت نتاج عدد كبير من التوليف لإنتاج مواد ذات هياكل وخصائص مختلفة.
هذه الهياكل مستقرة حرارًا وكيميائيًا ، بما في ذلك أحد الهياكل ذات الأهمية الخاصة التي تنتج عن حمض التريفثاليك والزركونيوم ، من بين الكواشف الأخرى.
UIO-66
تحتوي هذه المادة ، التي تسمى UiO-66 ، على سطح واسع به مسامية كافية وخصائص أخرى تجعله مادة مثالية للدراسات في مجالات الحفز والامتزاز.
آخرون
أخيرًا ، هناك عدد لا حصر له من الأمثلة في التطبيقات الصيدلانية ، وفحص التربة ، في صناعة النفط وغيرها الكثير حيث يتم استخدام مسامية المواد كأساس للحصول على مواد غير عادية واستخدامها لصالح العلم.
