Удельная поверхность и пористость
Удельная поверхность (или удельная площадь поверхности) - это суммарная поверхность всех элементов материала, как правило, дисперсного или пористого, отнесенная к его массе (хотя в некоторых случаях имеет смысл рассматривать отношение не к массе, а к объему материала).
Удельная поверхность порошка складывается из суммарной поверхности всех его частиц, и чем меньше размер этих частиц, тем больше площадь их общей поверхности и, соответственно, величина удельной поверхности этого порошка. Если частицы этого порошка имеют развитую пористую поверхность, то площадь поверхности этой частицы становится еще больше по сравнению с абсолютно гладкой частицей.
Поскольку во многих случаях взаимодействие веществ носит именно поверхностный характер, значение удельной поверхности является важным параметром эффективности этого взаимодействия. От значения удельной поверхности зависят поглотительные свойства адсорбентов, схватываемость цемента, активность твердотельных катализаторов, эффективность лекарств и т.д.; удельная поверхность является показателем тонкости помола материалов.
Самый распространенный в настоящее время метод измерения удельной поверхности – это волюметрический метод адсорбции газа на поверхности исследуемого материала. Удельная поверхность рассчитывается по объему газа, необходимого для формирования монослоя молекул адсорбата на поверхности образца. Для определения удельной поверхности используют изотермы адсорбции, т.е. зависимость объема поглощенного образцом газа от давления при постоянной температуре. Существует огромное количество уравнений, описывающих изотерму адсорбции, наибольшую известность получило уравнение БЭТ (Брунауэр, Эммет и Теллер).
Помимо метода БЭТ, для определения удельной поверхности в настоящее время также успешно применимы и другие модели:
- Метод Лэнгмюра, например, основан на предположении, что при формировании монослоя величина адсорбции зависит от количества не занятых молекулами адсорбата центров адсорбции.
- Метод Фрейндлиха предполагает, что центры адсорбции энергетически не одинаковы, а существует экспоненциальное распределение этих центров по энергиям.
- Современные статистические методы теории функционалов плотности NLDFT и QSDFT, основанные на разложении экспериментально полученных изотерм адсорбции на суперпозицию смоделированных для единичных пор изотерм, позволяют наиболее точно производить расчеты удельной поверхности материалов с комбинированной микро- и мезопористостью.
Огромное количество методов для расчета удельной поверхности реализованы в анализаторах удельной поверхности и размеров порMicromeritics, мирового лидера в производстве подобных приборов.Они работают по волюметрическому принципу газовой адсорбции и делают измерение удельной поверхности максимально простым в реализации, точным и эффективным. Приборы для измерения удельной поверхности Tristar являются одними из самых популярных в России, успешно используются во многих лабораториях. ASAP - прибор исследовательского класса, позволяет реализовать максимально широкий спектр методических подходов не только в измерении удельной поверхности и размеров пор по методу физической адсорбции, но и в исследованиях хемосорбции.