La porosidad es un tema interesante como efecto deseado y como uno a evitar. Como probablemente sepa, la materia en estado sólido no es lo que consideramos “sólido”. Rutherford demostró que los átomos consisten en un núcleo rodeado por un mar de electrones. Tomó una fina lámina de oro y le disparó iones de helio cargados positivamente. Muchos de los iones se reflejaron, pero algunos pasaron, presumiblemente en el vacío existente entre los electrones circundantes de cada átomo de oro. Lo que se puede decir es que todos los sólidos son porosos. Lo que constituye la diferencia es la naturaleza del material de detención y la naturaleza del material que debe pasar.
Por supuesto, los átomos más pesados tenderán a detener las partículas atómicas más fácilmente; Por lo tanto, a menudo usamos átomos como el plomo para protegernos de las partículas subatómicas.
Pero la estructura cristalina también es importante. No todos los sólidos asumen una estructura compacta más cercana y, por lo tanto, los espacios entre los átomos como se establece en la estructura cristalina particular se vuelven importantes.
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Por ejemplo: los iones de hidrógeno en el agua pueden difundirse en aceros y causar un tipo de corrosión. Para retrasar este proceso, se inventaron aceros inoxidables. Pero no todas las SS son iguales. Los SS ferríticos tienen una estructura cúbica centrada en el cuerpo menos densa que los aceros cúbicos centrados en la cara austenítica. Una forma en que los aceros SS austeníticos disminuyen la corrosión es disminuir la penetración de átomos de hidrógeno. Se puede decir más sobre la menor susceptibilidad a la oxidación de las proporciones de metales en los aceros austeníticos, pero esa es otra discusión.
La forma en que los cristales se organizan en una microtuctura también es importante para la porosidad. Por ejemplo: el concreto, un compuesto, es un material compuesto por varios compuestos de tipo mineral unidos por moléculas de agua. El principal material aglutinante es el agua, el secado completo del hormigón lo destruye. Para hacer que el concreto sea menos poroso al agua, se debe agregar una mezcla de un compuesto repelente al agua o el lado del agua de la estructura se debe recubrir con un sellador.
Se pueden fabricar materiales semiconductores como el silicio para evitar el paso de electrones “dopando” o reemplazando los átomos de silicio en el cristal con un elemento que tenga más electrones como el fósforo. Esta adición a la nube de electrones repele los electrones que avanzan por acción coulombic. Este fenómeno es la base del diseño electrónico.
Los estudios actuales están considerando el diseño de filtros que pasarán agua mientras inhiben materiales como metales pesados o productos farmacéuticos. El diseño de tales filtros necesitará considerar el tamaño de poro y las actividades químicas entre los materiales de filtro y los agentes a eliminar. En la actualidad, las instalaciones de aguas residuales no pueden eliminar satisfactoriamente los dos ejemplos anteriores.
Se están realizando investigaciones sobre una forma de extracción de energía verde mediante ósmosis inversa. Los científicos están probando películas para crear un filtro que pasará agua pero no sales para ser utilizado como la interfaz entre cuerpos de sal y agua dulce. La actividad química obligará al agua dulce a atravesar la película para diluir el agua salada, elevando la presión en el lado del agua salada. La energía se puede extraer de esta diferencia de presión.
No le he presentado ejemplos de materiales no porosos, sino algunas muestras para ilustrar la complejidad de la difusión de un material en otro. Como ve, la estructura desde la escala atómica hasta la macro dicta la porosidad. Pero si describe su aplicación, intentaré ofrecer algunos materiales utilizables.
