• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Klasyfikacja porów

    Przeczytaj także...
    Izoterma adsorpcji to zależność ilości zaadsorbowanej substancji od stężenia lub ciśnienia adsorbatu przy ustalonej temperaturze. Zob. też ogólnie izoterma. Izoterma adsorpcji może być uznana za szczególny przypadek izotermy sorpcji, które to określenie nie precyzuje mechanizmu zjawiska (sorpcja to adsorpcja, absorpcja, wymiana jonowa lub też zjawisko mieszane). Najczęściej określenie to jest rozumiane jako równanie izotermy adsorpcji, a czasami jako model fizyczny odpowiadający określonemu równaniu. Zobacz poniżej listę znanych równań izoterm adsorpcji.Histereza kapilarna jest zjawiskiem dotyczącym izoterm adsorpcji na materiałach porowatych posiadających pory w kształcie otwartych obustronnie cylindrów, butelek, beczek lub szczelin i oznacza inny przebieg (inaczej histerezę) izotermy adsorpcji przy podwyższaniu ciśnienia adsorbatu (gałąź adsorpcyjna izotermy) i przy obniżaniu ciśnienia (desorpcja, gałąź desorpcyjna izotermy). Zjawisko to jest wykorzystywane m.in. do badania struktury porowatych ciał stałych a także prowadzi do istotnego zwiększenia efektywnej pojemności adsorpcyjnej adsorbentów.
    Metoda alfa-s (właściwie metoda αs) wprowadzona przez K.S.W. Singa jest metodą analizy izoterm adsorpcji stosowaną najczęściej w przypadku porowatych ciał stałych. Pozwala ona na określenie ilości porów (ich objętości lub efektywnej powierzchni) dla danego adsorbentu i adsorbatu. Pozwala też na określenie udziału poszczególnych rodzajów porów (mikro-, mezo- i makroporów). Metoda ta może być uważana za dokładniejszą i bardziej uniwersalną wersję tzw. metody t-plot deBoera lub jej bezpośredniej modyfikacji, metody t/F-plot zaproponowanej przez Kadleca.

    Pory w ciele stałym są klasyfikowane według różnych kryteriów:

    Adsorpcja – proces wiązania się cząsteczek, atomów lub jonów na powierzchni lub granicy faz fizycznych, powodujący lokalne zmiany stężenia. Adsorpcji nie należy mylić z absorpcją, która jest procesem wnikania do wnętrza fazy. Adsorpcję, absorpcję i wymianę jonową przyjęło się wspólnie nazywać procesami sorpcji.Izoterma Freundlicha – rodzaj empirycznej izotermy adsorpcji, która opisuje adsorpcję na powierzchniach heterogenicznych (energetycznie niejednorodnych) oraz na adsorbentach mikroporowatych.

    Klasyfikacja porów według rozmiaru[]

    Klasyfikacja porów według IUPAC[]

    Klasyfikacja wielkości porów według IUPAC oparta jest o różnice w zachowaniu adsorpcyjnym porów o rozmiarach mieszczących się w pewnych przedziałach:

    Mikropory[]

    Mikropory to pory o średnicy mniejszej niż 2 nm. Pory te z reguły silniej oddziałują z adsorbatami. Mikropory zapełniają się adsorbatem gazowym przy ciśnieniach znacznie poniżej ciśnienia pary nasyconej. Typowe izotermy adsorpcji w mikroporach to równania DR, DA oraz eksperymentalne równanie Freundlicha.

    Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (ang. International Union of Pure and Applied Chemistry, w skrócie IUPAC [aj-ju-pak]) – międzynarodowa organizacja zajmująca się przede wszystkim standaryzacją symboliki, nazewnictwa i wzorców wielkości fizycznych stosowanych przez chemików na całym świecie. Oprócz tego IUPAC zajmuje się koordynacją badań naukowych oraz organizacją międzynarodowych kongresów i konferencji o tematyce chemicznej.Metoda BET – procedura określania powierzchni właściwej ciał stałych (np. adsorbentów) za pomocą analizy izoterm adsorpcji (najczęściej azotu w temperaturze 77-78 K) przy użyciu izotermy BET, a właściwie określonej formy liniowej tego równania:

    Mezopory[]

    Rozmiary mezoporów według IUPAC to od 2 do 50 nm. Wyróżnikiem adsorpcji w mezoporach jest możliwość wystąpienia histerezy kapilarnej, czyli innego przebiegu izotermy przy podnoszeniu ciśnienia (adsorpcji) i przy zmniejszaniu ciśnienia (desorpcji). Adsorpcja w mezoporach przebiega dwuetapowo - dla określonego typu i rozmiaru poru wraz ze wzrostem ciśnienia rośnie powoli grubość cienkiego filmu (warstwy) adsorpcyjnego - z reguły nieznacznie grubszego, niż na powierzchni płaskiej. Przy pewnym ciśnieniu (charakterystycznym dla typu i rozmiaru poru, a także temperatury oraz rodzaju adsorbatu) następuje gwałtowne skroplenie (kondensacja) adsorbatu. W trakcie desorpcji przy pewnej wartości ciśnienia następuje gwałtowne opróżnienie poru z adsorbatu z pozostawieniem jedynie cienkiej jego warstwy na ściankach. Obie charakterystyczne wartości ciśnienia mogą się różnić (histereza), a są jednocześnie mniejsze od ciśnienia pary nasyconej adsorbatu.

    Izoterma DR, czyli izoterma Dubinina i Raduszkiewicza (1947 r.) opisuje adsorpcję w niewielkich porach, tzw. mikroporach, o średnicach porównywalnych z rozmiarami cząsteczki adsorbatu (< 2nm wg IUPAC). Adsorpcja w małych porach jest znacznie silniejsza niż na takiej samej chemicznie powierzchni płaskiej (większa ilość atomów adsorbatu oddziałuje z bliska z adsorbatem) i najczęściej jest opisywana za pomocą równania Dubinina-Raduszkiewicza, izotermy Dubinina-Astachowa (DA) – uogólnienia izotermy DR i Freundlicha – lub równań pochodnych.Desorpcja - proces odwrotny do sorpcji, polegający na uwalnianiu cząsteczek, atomów lub jonów z powierzchni lub z masy jednej ciągłej fazy fizycznej do drugiej.

    Makropory[]

    Według IUPAC to pory o średnicach większych od 50 nm. Dla takich porów ze względu na wielkość menisku adsorbatu zanika zjawisko histerezy kapilarnej i gałąź adsorpcyjna i desorpcyjna izotermy mają ten sam przebieg.

    Klasyfikacja porów według kształtu[]

    Kształt ma największe znaczenie dla mezoporów, ze względu na wpływ kształtu poru na kondensację kapilarną. Promień porów możemy obliczyć za pomocą równania Kelvina z danych adsorpcji gazów, uwzględniając ich kształt oraz odpowiadający mu kształt i krzywiznę powierzchni menisku przy adsorpcji i desorpcji. Różnica krzywizny menisku przy adsorpcji i desorpcji prowadzi do zjawiska histerezy kapilarnej.

    Metoda t-plot jest metodą analizy izoterm adsorpcji stosowaną najczęściej w przypadku mikroporowatych ciał stałych. Pozwala ona na określenie ilości mikroporów (ich objętości lub efektywnej powierzchni) dla danego adsorbentu i adsorbatu. Pozwala też na określenie powierzchni większych porów (mezo- i makroporów).Izoterma DA, czyli izoterma Dubinina i Astachowa opisuje adsorpcję w niewielkich porach, tzw. mikroporach, o średnicach porównywalnych z rozmiarami cząsteczki adsorbatu (< 2nm wg IUPAC). Adsorpcja w małych porach jest znacznie silniejsza niż na takiej samej chemicznie powierzchni płaskiej (większa ilość atomów adsorbatu oddziałuje z bliska z adsorbatem) i najczęściej jest opisywana za pomocą równania Dubinina-Raduszkiewicza (izoterma DR), izotermy Dubinina-Astachowa - uogólnienia izotermy DR i Freundlicha - lub równań pochodnych.

    Pory cylindryczne[]

    Jednostronnie otwarte pory cylindryczne[]

    Jeżeli nie zawierają przewężeń, wówczas są podobne do porów konicznych. Kondensacja w porze następuje przy niższym ciśnieniu niż w porach obustronnie otwartych, gdyż na końcu poru mamy menisk sferyczny.

    Obustronnie otwarte pory cylindryczne[]

    Typowa histereza kapilarna. Adsorpcja na cylindrycznym wnętrzu poru, o średnicy dp. Kondensacja kapilarna zależna od średnicy menisku cylindrycznego, dc = dp - 2 t(x), gdzie t(x) izoterma adsorpcji wyrażona przez statystyczną grubość warstwy adsorbatu, a x = p/ps. Desorpcja określona przez menisk sferyczny w wejściu do poru.

    Menisk (gr. menískos zdrobn. od méne "księżyc") jest to powierzchnia rozdzielająca od siebie dwie fazy płynne – gaz i ciecz lub dwie, niemieszające się z sobą ciecze.

    Dla takich porów tzw. hydrauliczna średnica poru (średnia średnica obliczona przy założeniu, że pory mają kształt idealnego cylindra o średnicy dcyl i długości lcyl, gdzie powierzchnia ścian poru S = πdcyllcyl, a objętość V = π(dcyl/2)lcyl) wynosi:

    gdzie: V - objętość porów (maksymalna ilość pochłoniętego adsorbatu), S - wewnętrzna powierzchnia porów (jest wyznaczana na podstawie przebiegu izotermy adsorpcji dla niższych ciśnień, w których nie pojawia się kondensacja kapilarna, np. przy zastosowaniu metody BET, metody t-plot lub metody alfa-s).

    Pory koniczne[]

    Inaczej pory stożkowe o wejściu szerszym niż wnętrze poru (jeśli jest to por z przewężeniem u wejścia, przy desorpcji zachowuje się jak inne pory butelkowe). Charakteryzuje je brak histerezy kapilarnej. Kształt menisku przy adsorpcji i desorpcji taki sam i tak samo zależny od ciśnienia.

    Pory sferyczne[]

    Pory sferyczne dostępne pomiarowi muszą mieć wejście do wnętrza. Jeżeli wejście do poru ma średnicę mniejszą niż średnica poru, wówczas pory te należą do typu porów butelkowych. Hydrauliczny rozmiar poru policzony z gałęzi adsorpcyjnej izotermy przy założeniu, że por jest idealną sferą, a powierzchnia wejścia do poru jest pomijalna w stosunku do powierzchni całego poru (średnica dsfer, gdzie powierzchnia ścian S = π(dcyl), a objętość V = (1/6)π(dsfer)), wynosi:

    Pory beczkowe[]

    Pory beczkowe mają kształt pośredni pomiędzy cylindrycznymi i sferycznymi, ich zachowanie przy adsorpcji będzie podobne do porów cylindrycznych z przewężeniami - o ciśnieniu przy którym pory zostaną zapełnione decyduje krzywizna wewnętrzna poru, a ciśnienie desorpcji zależy od kształtu i średnicy wąskiego wejścia do poru a nie kształtu jego wnętrza.

    Pory butelkowe[]

    W porach butelkowych średnica wejścia do porów jest mniejsza niż wewnętrzna ich średnica, tak więc do tej kategorii należy większość porów sferycznych i wszystkie pory beczkowe oraz cylindryczne z przewężeniami.

    Pory szczelinowe[]

    Dla porów szczelinowych (2 płaszczyzny, każda o powierzchni S1, położone w odległości dszczel od siebie: łączna powierzchnia S = 2S1, objętość V = S1 dszczel) otrzymamy: (window.RLQ=window.RLQ||).push(function(){mw.log.warn("Gadget \"edit-summary-warning\" styles loaded twice. Migrate to type=general. See \u003Chttps://phabricator.wikimedia.org/T42284\u003E.");mw.log.warn("Gadget \"wikibugs\" styles loaded twice. Migrate to type=general. See \u003Chttps://phabricator.wikimedia.org/T42284\u003E.");mw.log.warn("Gadget \"ReferenceTooltips\" styles loaded twice. Migrate to type=general. See \u003Chttps://phabricator.wikimedia.org/T42284\u003E.");mw.log.warn("Gadget \"main-page\" styles loaded twice. Migrate to type=general. See \u003Chttps://phabricator.wikimedia.org/T42284\u003E.");});




    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.048 sek.