Наиболее универсальная для расчета сорбционных свойств твердых веществ и материалов теория полимолекулярной адсорбции Брунауэра, Эммета, Теллера (теория БЭТ) основана на положении о том, что силы, участвующие в конденсации паров, являются ответственными также за энергию связи при полимолекулярной адсорбции. Скорость конденсации газовых молекул на адсорбционный слой равна скорости испарения их из этого слоя. Суммирование для неопределенного числа слоев приводит к уравнению, задающему модель БЭТ:

(3)

где Р/Р₀ – отношение давления в системе к давлению конденсации;

A – удельная адсорбция, моль/г;

C – константа БЭТ;

n_m – емкость монослоя, моль/г.

Газоадсорбционный метод измерений используется для измерений характеристик пористости адсорбентов, катализаторов, пористых полимерных материалов и неорганических мембран. При этом данный метод наиболее применим для исследований высокодисперсных твердых тел или систем с развитой пористостью, например, природных глинистых материалов, пористых стекол, активированных углей, силикагелей, оксида алюминия, цеолитов.

К преимуществам газоадсорбционного метода относятся:

– широкая область применения за счет использования различных по свойствам и размерам молекул сорбатов;

– удобство в использовании;

– высокая точность;

– наличие стандартизированных методик измерений;

– как правило, данный метод является неразрушающим методом измерений;

– возможность анализа представительной пробы вещества, в отличие, например, от микроскопических методов.

Вместе с тем газоадсорбционной метод имеет ряд недостатков:

– как правило, неприменимость для исследования тел, имеющих размер пор более 50–70 нм;

– большая продолжительность эксперимента;

– необходимость поддержания изотермических условий и минусовых температур;

– требования к высокой квалификации персонала;

– возможные структурные превращения адсорбента в процессе адсорбции, влияющие на получаемые изотермы адсорбции и осложняющие их интерпретацию.

5. Пикнометрические методы

Данную группу методов исследования пористой структуры твердых веществ и материалов, основанную на измерении плотности анализируемых образцов, в зависимости от вида используемых пикнометрических веществ разделяют на жидкостную и газовую пикнометрию.

---

При использовании жидкостной пикнометрии проводят объемное или весовое определение количества жидкости, которая заполняет поры твердого тела или вытесняется им при погружении в жидкость. Методы жидкостной пикнометрии характеризуются простотой инструментального оформления, высокой точностью и воспроизводимостью результатов, возможностью работать с веществами разной летучести, малым расходом пикнометрической жидкости от 0,5 до 100 см³.

Метод газовой пикнометрии основан на определении объема твердого тела по объему газа, вытесняемому исследуемым образцом из предварительно градуированной измерительной камеры. В качестве пикнометрического вещества чаще всего используют гелий, максимально приближенный по свойства к идеальному газу и имеющий пренебрежимо малую адсорбируемость. Кроме того, в газовой пикнометрии применяют водород, кислород, азот, оксид и диоксид углерода, гексафторид серы, непредельные углеводороды. При проведении измерений выполняют следующие операции: вакуумирование измерительной установки и образца, термостатирование бюретки и образца, подача газа в бюретку измерение давления газа в бюретке, подача части газа в камеру с образцом, измерение давления газа в объеме с образцом.

Достоинствами метода являются простота, высокая точность и возможность проведения параллельных измерений одной и той же пробы.

Методы пикнометрии широко используют для анализа различных веществ и материалов: огнеупоров, металлических порошков, угля, древесины и т. д.

6. Калориметрические методы

Калориметрические методы основаны на измерении тепловых эффектов, возникающих при смачивании поверхности твердых тел жидкостями, способными проникать в поры. К этой группе методов относится метод определения теплоты погружения (смачивания), которая пропорциональна удельной поверхности твердого тела. Измеряя теплоту погружения материалов с известной удельной поверхностью, можно определить удельную поверхность исследуемого твердого тела. Однако применение данного метода ограничено ввиду большого разброса значений теплоты смачивания даже у однотипных образцов.

Перспективным для определения размеров пор и их распределения по размерам является применение дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), названное ДСК-термопорометрия. В основе данного метода лежит термодинамический закон Гиббса – Томсона, устанавливающий зависимость равновесной температуры фазового перехода «твердое тело – жидкость» от радиуса кривизны поверхности раздела между жидкой и твердой фазами. При ДСК-термопорометрии исследуемый образец измельчают, вакуумируют и взвешивают. Далее его увлажняют в жидкости, способной ограниченно смачивать и проникать в поровое пространство образца, до полного насыщения, взвешивают и охлаждают в калориметре по заданной программе снижения температуры. В качестве

---

жидкости может быть использована вода, н-гептан, циклогексан, о-ксилол.

ДСК-термопорометрия демонстрирует высокую сходимость результатов с данными адсорбционно-структурных методов и ртутной порометрии.

4. Вывод

Пористость является одной из важнейших характеристик любого твердого материала. Контроль за пористостью производимых и в дальнейшем применяемых материалов во многих отраслях промышленности является первостепенной задачей. Кроме того, измерение пористости обязательно в исследовании многих геологических объектов. По этим причинам, несмотря на всю сложность и многообразие пористых структур, было разработано большое количество методов порометрии и соответствующей им аппаратуры.

В реферате был осуществлен литературный обзор на наиболее распространенные методы определения пористости твердых веществ. Были приведены физические основы данных методов, их достоинства и недостатки.

5. Список литературы

1. 
   Собина, Е. П. Метрология пористости и проницаемости твердых веществ и материалов : монография / Е. П. Собина ; Уральский научно-исследовательский институт метрологии – филиал Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева». – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2021 – 428 с.
   
2. 
   Плаченов Т. Г. Порометрия / Т. Г. Плаченов – Ленинград: Химия, 1988. – 177 с.
   

---

Смотрите также файлы

• Самостоятельная работа Вариант 1 (10 минут).docx

• Описание возможного союзамежду Вамии человеком, родившимся.pdf

• 3. Найдите выражение для спектральной плотности сигнала (п. 2) и постройте график модуля этой спектральной плотности.docx

• .docx

• Методические указания по выполнению рейтинговой работы по дисциплине Информационные технологии в психологопедагогической деятельности.docx