химический каталог




ПОРИСТОСТЬ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ПОРИСТОСТЬ, доля объема пор в общем объеме тела. В широком смысле понятие ПОРИСТОСТЬ включает сведения о морфологии пористого тела. Часто структурные характеристики (размер пор, распределение по размерам, объем пор, удельная поверхность) объединяют термином "текстура пористого тела". Пористые тела широко распространены в природе (минералы, растит. организмы) и технике (адсорбенты, катализаторы, пенопласты, строит. материалы, фильтры, наполнители, пигменты и т.п.).

Согласно рекомендациям ИЮПАК, пористые тела классифицируют по преимуществ. размеру пор на микропористые (поры до 2 нм), мезопористые (от 2 до 50 нм) и макропористые (св. 50 нм); по однородности этих раз меров - однородно- и разнороднопористые; по жесткости структуры-на жесткие и набухающие.

Морфология пористых тел. Различают корпускулярные структуры, образующиеся путем сращивания отдельных частиц (зерен) разной формы и размера, и губчатые структуры, образованные не зернами, а сплошной сеткой твердой фазы, в которой поры представляют собой систему пустот и каналов. Типичный представитель корпускулярной структуры-силикагель, губчатой структуры - пористое стекло. Существуют смешанные структуры: либо частицы имеют губчатое строение, либо в полостях губчатых тел имеются скопления мелких частиц.

Для большинства пористых тел характерна корпускулярная структура. В аморфных ксерогелях (например, силикагеле) частицы имеют округлую форму. В кристаллич. пористых телах частицы могут быть в форме игл (g-Al2О3, a-Fe2O3), пластинок (MgO, CuO), волокон (хризотил-асбест), коротких трубок (галлуазит), полиэдров (напыленные пленки, порошки). Поры, образованные между слоями, имеют плоскощелевидную форму (a-Al2О3, монтмориллонит). Примеры губчатых тел-пористые стекла, металлы, полимеры.

Св-ва пористых тел-повыш. удельная поверхность, пониженные (в сравнении со сплошными телами) плотность, прочность и теплопроводность и т. п.-в корпускулярных структурах зависят от размеров частиц, количества и качества контактов между ними, а в губчатых структурах - от соотношения объемов пор и сплошного материала.

Для теоретич. описания геометрическая и физических-химический свойств реальных пористых тел, а также происходящих в них процессов сложную структуру представляют в виде простых моделей. Чаще всего применяют модель эффективных цилиндрич. пор, не связанную с морфологией, в современной моделях рассматривают также поры между глобулами, цилиндрич. стержнями, круглыми дисками, полиэдрами, слоями. Для губчатых структур применяют модели цилиндрич. и много-горлых бутылкообразных пор. Связь пор между собой описывается решеточными моделями.

Определение ПОРИСТОСТЬ Объем пор V определяется двумя методами: 1) по предельной адсорбции к.-л. вещества, полностью заполняющего все поры, в предположении, что плотность вещества в порах равна плотности нормальной жидкости; 2) по кажущейся (rкаж) и истинной (rист) плотностям пористого тела (V= 1/rкаж - 1/rист). Для определения rкаж пикнометр с образцом заполняют несмачивающей жидкостью (ртуть), для определения rист-смачивающей жидкостью. Пористость E = (rист-rкаж)/rист.

Средний размер пор dср (нм) определяют из соотношения объема пор V (см3/г) и площади их поверхности А (м2/г) на основе принятой модели пор. Для цилиндрич. капилляров dcp = 4•103 V/A; для щелевидных пор dcp = 2•103 V/A, для пор между глобулами, имеющими форму горла, dcp =2,8•103V/A.

Распределение по размерам мезопор определяется методом капиллярной конденсации, мезо- и макропор - методом ртутной порометрии; распределение микропор находят по изотермам сорбции в области объемного заполнения микро-пор, до начала капиллярной конденсации в мезопорах. В методе ртутной порометрии ртуть вдавливают в пористое тело. Поскольку ртуть не смачивает тела, по мере увеличения давления заполняются всё более мелкие поры. Кроме ртути могут быть использованы жидкости, смачивающие пористые тела. Такая жидкость заполняет поры самопроизвольно, и при определении размеров пор из них жидкость выдавливается. Давление возрастает по мере вытеснения жидкости из пор; обычно вытесняют жидкость из пор с помощью газа.

В мезопорах происходит конденсация пара на вогнутой поверхности адсорбционного пленки при тем меньшем давлении р, чем меньше радиус кривизны этой пленки. Согласно уравению Кельвина


где p0-давление насыщ. пара над плоской поверхностью, r1 и r2-главные радиусы кривизны мениска конденсата, s-поверхностное натяжение жидкого сорбата, Vm-его молярный объем, R -газовая постоянная, T-абс. температура, К-удвоенная кривизна поверхности (см. Капиллярные явления). Радиус кривизны мениска связан с размером пор соотношением, зависящим от формы пор в принятой модели и от толщины адсорбир. пленки. Для расчетов распределения пор по размерам используется преимущественно десорбц. ветвь капиллярно-кон-денсац. гистерезиса и модель цилиндрич. пор, для которой К = 2/r. Изотерма сорбции позволяет вычислить радиус пор r и суммарный объем пор с радиусом > r. В результате получают интегральную кривую, графич. дифференцирование которой дает сведения об интервале размеров пор в образце и их преимуществ. размере (см. рис.).


Интегральная (а)и дифференциальная (б) кривые зависимости объема пор Кот их радиуса r для силикагеля, полученные по капиллярной конденсации бензола.

В реальных пористых телах испарение конденсата из внутр. частей гранулы зависит от заполненности тех пор, которые расположены ближе к ее периферии. Поэтому многие поры оказываются блокированными и их освобождение от конденсата фактически определяется не их размерами, а размерами блокирующих пор. Более точная оценка пористой структуры возможна на основе решеточных моделей, учитывающих взаимосвязь пор, и на основе теории перколяции и фрактальной геометрии в приложении к описанию капиллярной конденсации в системах из большого числа случайно связанных элементов. Удается изучать среднюю часть интервала размеров пор в мезо- и макропористой структурах. Полное изучение всех пор возможно лишь комплексным применением нескольких независимых методов.

Синтез пористых тел требует знания их текстуры и во многом определяется морфологией. В корпускулярных телах большая удельная поверхность обеспечивается получением возможно меньших первичных частиц, что достигается оптимальным соотношением скоростей зародышеобразования и роста частиц (см. Зарождение новой фазы, Кристаллизация). Объем пор определяется плотностью упаковки частиц. Например, в гелях плотность упаковки зависит от соотношения прочности скелета гидрогеля и разрушающих его поверхностных сил при образовании в процессе сушки менисков межмицеллярной жидкости. Сушка прочных состарившихся гелей сохраняет их рыхлую структуру и дает системы с большим объемом пор; при сушке свежеобразованных гелей рыхлая структура разрушается и происходит переупаковка частиц под влиянием. мощных капиллярных сил, в результате образуются тела с малым объемом пор. Размер пор регулируется размером частиц и плотностью их упаковки. В губчатых и некоторых корпускулярных структурах образование пор достигается удалением одного или нескольких компонентов твердого тела при растворении (пористые стекла, скелетные катализаторы), дегидратацией гид-роксидов или терморазложением солей (пористые оксиды различные природы), частичным окислением (активные угли) и др. процессами. Текстура продукта определяется концентрацией и дисперсностью компонентов в исходном материа ле, соотношением плотностей исходного и конечного продуктов, глубиной химический превращений.

Изучение ПОРИСТОСТЬ важно в адсорбционных и каталитических процессах для оценки влияния внутр. диффузии на их скорость, а также для синтеза оптимальных структур в производстве строит. и теплоизолирующих материалов, наполнителей, адсорбентов для газовой хроматографии и др.

Литература: Дзисько В. А., Карнаухов А. ПОРИСТОСТЬ, Тарасова Д. В., Физико-химические основы синтеза окисных катализаторов, Новосиб., 1978; Дубинин М. М., "Изв. АН СССР. Сер. химический", 1981, № 1, с. 9-23; Хейфец Л. И., Неймарк А. В., Многофазные процессы в пористых средах, М., 1982; Грег С., Синг К., Адсорбция, удельная поверхность, пористость, пер. с англ., 2 изд., М., 1984; Wall G.C., Brown R. J.C., "J. Coll. Interface Sci.", 1981, v. 82, № 1, p. 141-49.

А. ПОРИСТОСТЬ Карнаухов.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
http://help-holodilnik.ru/remont_model_8259.html
qam22 siemens
удаление вмятин без покраски в щелково с выездом
домашняя аудиосистема на всю квартиру

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(21.09.2017)