Porosidad química: características, tipos y ejemplos
La porosidad química es la capacidad que tienen determinados materiales de absorber o dejar pasar a través de sí ciertas sustancias en fase líquida o gaseosa, por medio de espacios vacíos presentes en su estructura. Cuando se habla de porosidad se describe la porción de espacios “huecos” o vacíos en determinado material.
Se representa por medio de la porción del volumen de estas cavidades dividido entre el volumen de la totalidad del material estudiado. La magnitud o valor numérico resultante de este parámetro se puede expresar de dos maneras: un valor entre 0 y 1 o un tanto por ciento (valor entre 0 y 100 %), para describir qué cantidad de un material es espacio vacío.
A pesar de que se le atribuyen múltiples usos en distintas ramas de las ciencias puras, aplicadas, de materiales, entre otras, la principal funcionalidad de la porosidad química está vinculada con la habilidad que posee determinado material para permitir la absorción de fluidos; es decir, líquidos o gases.
Además, a través de este concepto se analizan las dimensiones y la cantidad de huecos o “poros” que tiene un tamiz o una membrana parcialmente permeable en ciertos sólidos.
Índice del artículo
- 1 Características de la porosidad
- 2 Tipos de porosidad química
- 3 Ejemplos de porosidad química
- 4 Referencias
La porosidad es la porción del volumen de un supuesto sólido que ciertamente es hueco y está relacionada con la manera en que interactúan dos sustancias, otorgándole características específicas de conductividad, propiedades cristalinas, mecánicas y muchas otras.
En las reacciones que se dan entre una sustancia gaseosa y un sólido o entre un líquido y un sólido, la rapidez de una reacción depende en gran medida del espacio de la superficie del sólido que está disponible para que se pueda llevar a cabo la reacción.
La accesibilidad o penetrabilidad que puede tener una sustancia en la superficie interior de una partícula de un material o compuesto determinado, también está íntimamente relacionada con las dimensiones y características de los poros, así como con el número de los mismos.
La porosidad puede ser de muchos tipos (geológica, aerodinámica, química, entre otros), pero al tratarse de química se describen dos tipos: másica y volumétrica, dependiendo de la clase de material que se está estudiando.
Al hacer referencia a la porosidad másica se determina la habilidad de una sustancia de absorber agua. Para ello se utiliza la ecuación que se muestra a continuación:
%Pm = (ms – m0)/m0 x 100
En esta fórmula:
Pm representa la proporción de poros (expresada en porcentaje).
ms se refiere a la masa de la fracción luego de ser sumergida en agua.
m0 describe la masa de una fracción cualquiera de la sustancia antes ser sumergida.
De igual forma, para determinar la porosidad volumétrica de cierto material o la proporción de sus cavidades se emplea la siguiente fórmula matemática:
%Pv = ρm/[ρm + (ρf/Pm)] x 100
En esta fórmula:
Pv describe la proporción de poros (expresada en porcentaje).
ρm se refiere a la densidad de la sustancia (sin sumergir).
ρf representa la densidad del agua.
Las características únicas de algunos materiales porosos, como el número de cavidades o el tamaño de sus poros, los convierten en un interesante objeto de estudio.
De este modo, una gran cantidad de estas sustancias de enorme utilidad se encuentran en la naturaleza, pero muchos más pueden ser sintetizados en laboratorios.
Investigar los factores que influyen en las cualidades de porosidad de un reactivo permite determinar las posibles aplicaciones que posee e intentar obtener nuevas sustancias que ayuden a los científicos a seguir avanzando en las áreas de ciencia y tecnología de materiales.
Una de las áreas principales en las que se estudia la porosidad química es en catálisis, al igual que en otras áreas como la adsorción de gases y separación.
Muestra de esto es la investigación de materiales cristalinos y microporosos, como las zeolitas y la estructura de metales orgánicos.
En este caso, las zeolitas se utilizan como catalizadores en reacciones que se llevan a cabo por medio de catálisis ácida, debido a sus propiedades minerales como porosos de óxido y a que existen distintos tipos de zeolitas con poros de tamaño pequeño, mediano y grande.
Un ejemplo de la utilización de zeolitas es en el proceso de craqueo catalítico, un método que se utiliza en las refinerías de petróleo para producir gasolina a partir de una fracción o corte proveniente de petróleo crudo pesado.
Otra clase de compuestos que se investigan son las estructuras de metales orgánicos que involucran materiales híbridos, creados a partir de un fragmento orgánico, la sustancia enlazante y un fragmento inorgánico que constituye la base fundamental para estas sustancias.
Esto representa una mayor complejidad en su estructura con respecto a la de las zeolitas descritas anteriormente, por lo que comprende posibilidades mucho mayores que las imaginables para las zeolitas dado que pueden ser utilizados para el diseño de nuevos materiales con propiedades únicas.
A pesar de ser un grupo de materiales con poco tiempo de estudio, estas estructuras orgánicas de metales han sido producto de un gran número de síntesis para producir materiales con muchas estructuras y propiedades diferentes.
Estas estructuras son bastante estables térmica y químicamente, incluyendo una de especial interés que es producto del ácido tereftálico y zirconio, entre otros reactivos.
Esta sustancia, llamada UiO-66, posee una extensa superficie con porosidad adecuada y otras características que la convierten en un material óptimo para estudios en las áreas de catálisis y adsorción.
Por último, existe una infinidad de ejemplos en aplicaciones farmacéuticas, investigaciones de suelos, en la industria petrolera y muchas otras donde se utiliza la porosidad de las sustancias como base para obtener materiales extraordinarios y utilizarlos en favor de las ciencias.
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