Ειδική επιφάνεια
Ειδική επιφάνεια (αγγλ. Specific surface area) είναι μία ιδιότητα των στερεών, που ορίζεται ως ο λόγος της συνολικής εξωτερικής επιφάνειας προς τη αντίστοιχη μάζα του στερεού και συνήθως εκφράζεται με τη μονάδα, m2/g.[1] Είναι μια φυσική ιδιότητα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του τύπου και των ιδιοτήτων ενός υλικού (λ.χ. χιόνι, χώμα), τόσο σε μακροσκοπικό επίπεδο, ή σε μικροσκοπικό επίπεδο, όταν αναφερόμαστε σε σωματίδια ή μικροσωματίδια.
Μπορεί να εκφράζεται και στις μονάδες: m2/kg, ή m2/g), ή σε στερεό, ή σε χύδην όγκο (με μονάδες: m2/m 3 ή m−1). Η ειδική επιφάνεια έχει ιδιαίτερη και κρίσιμη σημασία για την προσρόφηση, την ετερογενή κατάλυση και τις διεπιφανειακές αντιδράσεις.[2][3]
Μέθοδοι μέτρησης Επεξεργασία
Οι τιμές που λαμβάνονται κατά τη μέτρηση μιας ειδικής επιφάνειας ενός υλικού εξαρτώνται από τη μέθοδο προσδιορισμού που χρησιμοποιείται.
Σε τεχνικές μεθόδους με βάση την προσρόφηση, παράμετροι όπως το μέγεθος του προσροφητικού μορίου (βλ. μόριο ανιχνευτή), τα επίπεδα κρυσταλλογραφίας της επιφάνειας, και η θερμοκρασία μέτρησης επηρεάζουν τη μέτρηση.[4]
Για το λόγο αυτό, εκτός από την πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνική - μέθοδο Brunauer-Emmett-Teller (μέθοδος N2 - BET), έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές για τη μέτρηση της ειδικής επιφάνειας των σωματιδιακών υλικών σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος και σε ελεγχόμενες κλίμακες, συμπεριλαμβανομένων της χρώσης με μπλε του μεθυλενίου, της προσρόφησης μέσω μονοαιθυλαιθέρα της αιθυλενογλυκόλης (μέθοδος EGME),[5] την ηλεκτροκινητική ανάλυση προσρόφησης συμπλόκου - ιόντων[4] και, επίσης, τη μέθοδο διατήρησης της πρωτεΐνης.[6]
Υπάρχουν συγκεκριμένα διεθνή πρότυπα - προδιαγραφές για τη μέτρηση της ειδικής επιφάνειας, όπως λ.χ. το πρότυπο ISO 9277.[7]
Υπολογισμός μεγέθους Επεξεργασία
Η ειδική επιφάνεια, ως μέγεθος, μπορεί με απλό τρόπο να υπολογιστεί από μία μέτρηση της κατανομής του μεγέθους σωματιδίων, κάνοντας μία υπόθεση για το σχήμα των σωματιδίων.
Αυτή η μέθοδος, ωστόσο, δεν λαμβάνει υπόψη την επιφάνεια που σχετίζεται με την υφή της ειδικής επιφάνειας των σωματιδίων.
Προσρόφηση Επεξεργασία
Η ειδική επιφάνεια μπορεί να μετρηθεί με τεχνική προσρόφησης χρησιμοποιώντας ισοθερμικές μετρήσεις βάσει της θεωρίας BET. Αυτό έχει το πλεονέκτημα της μέτρησης και των μικροεπιφανειών των λεπτών μικροδομών και της βαθιάς υφής στα σωματίδια. Ωστόσο, τα αποτελέσματα της ειδικής επιφάνειας μπορεί να διαφέρουν σημαντικά εξαρτώμενα από την προσροφώμενη ουσία που χρησιμοποιείται.
Η θεωρία BET έχει εγγενείς περιορισμούς αλλά έχει και το πλεονέκτημα να είναι απλή και να παρέχει επαρκείς απαντήσεις, όταν τα στερεά σώματα είναι χημικώς παρόμοια.
Σε σχετικά σπάνιες περιπτώσεις, εάν κριθεί απαραίτητο, μπορεί να εφαρμοστούν πιο πολύπλοκα μοντέλα που βασίζονται σε θερμοδυναμικές προσεγγίσεις ή στην κβαντική χημεία για τη βελτίωση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων, ωστόσο, με κόστος πιο περίπλοκων υπολογισμών που απαιτούν αναβαθμισμένη γνώση και κατανόηση από τον χειριστή της τεχνικής.[8]
Διαπερατότητα αερίων Επεξεργασία
Αυτό εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ της ειδικής επιφάνειας και της αντίστασης στη ροή αερίου ενός υλικού σε μορφή ψιλής πούδρας (powder).
Η μέθοδος είναι απλή και γρήγορη και αποδίδει ένα αποτέλεσμα που συχνά συσχετίζεται ικανοποιητικά με τη χημική αντιδραστικότητα μιας πούδρας. Ωστόσο, δεν προσμετρά μεγάλο μέρος της βαθιάς υφής της επιφάνειας.
| Ειδική επιφάνεια (m2/g) | Υλικό | Εφαρμογή |
|---|---|---|
| 7140 | Μεταλλο-οργανικά υλικά[9] | Απορρόφηση αερίου |
| 900 | Φαουγιασίτης [10] | Καταλύτες |
| 500 - 3000 | Ενεργός άνθρακας | Απορρόφηση αερίων και διαλυτών |
| 200 | Αλουμίνα[11] | Ενίσχυση καταλυτών |
Παραπομπές Επεξεργασία
- ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "specific surface area".
- ↑ http://www.owlnet.rice.edu/~ceng402/Hirasaki/CHAP3D.pdf
- ↑ http://www.rsc.org/suppdata/lc/b8/b812301b/b812301b.pdf
- ↑ 4,0 4,1 Hanaor, D.A.H.; Ghadiri, M.; Chrzanowski, W.; Gan, Y. (2014). «Scalable Surface Area Characterization by Electrokinetic Analysis of Complex Anion Adsorption». Langmuir 30 (50): 15143–15152. doi:. PMID 25495551. http://drgan.org/wp-content/uploads/2015/05/025_Langmuir_2014.pdf.
- ↑ Cerato, A.; Lutenegger, A. (1 September 2002). «Determination of surface area of fine-grained soils by the ethylene glycol monoethyl ether (EGME) method». Geotechnical Testing Journal 25 (3): 10035. doi:. http://www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/GEOTECH/PAGES/GTJ11087J.htm.
- ↑ Paykov, O.; Hawley, H. (1 July 2013). «A Protein-Retention Method for Specific Surface Area Determination in Swelling Clays». Geotechnical Testing Journal (ASTM) 36 (4): 20120197. doi:. http://www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/GEOTECH/PAGES/GTJ20120197.htm.
- ↑ «ISO 9277:2010(en) Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption — BET method».
- ↑ Condon, James (2020). Surface Area and Porosity Determinations by Physisorption, 2nd edition. Amsterdam, NL: Elsevier. σελίδες Chapters 3, 4 and 5. ISBN 978-0-12-818785-2.
- ↑ Balancing Mechanical Stability and Ultrahigh Porosity in Crystalline Framework Materials. doi:.
- ↑ Specific Surface Area Determination for Microporous/Mesoporous Materials: The Case of Mesoporous FAU-Y Zeolites. doi:. hal-01938089.. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01938089/file/FAUmes-surf-rev2-proof-Langmuir_sans%20marque.pdf.
- ↑ Alumina Surface Area Measurements. doi:.