Аэрозоль содержит. Аэрозоль - это что такое? Применение аэрозоля

Аэрозоли (греч. aēr + лат. sol раствор)

дисперсные системы, состоящие из газовой среды, в которой взвешены твердые или жидкие частицы. Широко распространены в природе (туманы, облака, дымы, почвенная, вулканическая, растительная и др.); образуются и в процессе производственной деятельности человека при получении, переработке и применении различных материалов (см. Пыль). По химическому происхождению различают А. органические, неорганические, смешанные, а по токсичности - токсичные и нетоксичные.

При взрывах, горении, ударах, размоле, трении, дроблении, сверлении, шлифовке и многих других процессах образуется дисперсная твердых веществ. жидкостей происходит при разбрызгивании, пульверизации и др. А. конденсации возникают вследствие охлаждения перенасыщенного . При термической обработке полимерных материалов, хлоридов металлов выделяются паро-газо-аэрозольные смеси, в состав которых входят твердые и жидкие частицы, газы и пары различных химических веществ. При охлаждении на воздухе паров металлов (свинца, меди, алюминия, ванадия, бериллия и др.) появляются А. конденсации металлов и их оксидов. Наиболее часто образуются А., дисперсная фаза которых содержит частицы, возникающие в результате измельчения и конденсации паров (выбросы металлургических предприятий, тепловых электростанций, котельных и др.). В зависимости размеров частиц различают следующие виды А.: 1) пыль (величина частиц дисперсной фазы более 10 мкм ); 2) облака (величина частиц 10-0,1 мкм ); 3) дымы (величина частиц 0,1-0,001 мкм ). Последние по своим размерам близки к молекулам и находятся в броуновском движении, благодаря которому велика вероятность столкновения частиц, в результате чего они коагулируют, приобретают больший размер и оседают. Чем выше степень дисперсности А. и больше число частиц в единице объема, тем быстрее идет с последующим осаждением. Полидисперсные А. коагулируют быстрее, чем изодисперсные.

Биологические А. образуются в результате испарения жидких, высыхания и попадания в воздух с пылью сухих экскрементов животных и человека, выделения животными и людьми микроорганизмов с выдыхаемым воздухом. Интенсивное образование биологического аэрозоля происходит в микробиологической промышленности при культивировании продуцентов - бактерий и грибов. Дисперсная фаза биологических А. содержит или их , продукты биосинтеза микробов, белок погибших микроорганизмов, и др.

Частицы размером до 5 мкм способны проникать в альвеолы и задерживаться в них (респирабельные фракции). Частицы величиной 10 мкм и более задерживаются в верхних дыхательных путях, бронхах и в альвеолы не заносятся. При попадании в А. способны вызывать ряд заболеваний: ларингиты, трахеиты, бронхиты, пневмомикозы, повреждения , кожи. Токсичные А. вызывают острые и хронические (см. Отравления профессиональные). Биологические А. могут вызывать инфекционные и аллергические заболевания.

Аэрозоли уменьшают прозрачность атмосферы и солнечной радиации к поверхности земли, угнетают растений, учащают туманы в промышленных центрах. Кроме того, они наносят экономический ущерб, вызывают порчу производственного оборудования, зданий и др.

Аэрозоли широко используются в различных сферах деятельности человека. В виде А. применяются некоторые , например для лечения болезней органов дыхания, для орошения ран, кожного покрова. В промышленности в аэрозольном состоянии используются топливо (уголь и нефть), катализаторы. С помощью А. осуществляются металлические покрытия (плазменное напыление), машин и других поверхностей. В сельском хозяйстве в виде А. применяют ядохимикаты для борьбы с насекомыми - переносчиками болезней животных и человека, с вредителями с.-х. культур; их распыляют с самолетов, с помощью пульверизаторов, аэрозольных бомб, шашек и др.

Методами исследования А. являются , ультрамикроскопия, электронная микроскопия. Наиболее важным в гигиенической практике является гравиметрический метод определения массовой концентрации частиц с помощью осаждения их на фильтрах путем просасывания запыленного воздуха с последующим взвешиванием и химическим анализом дисперсной фазы с целью установления содержания в ней свободной и связанной двуокиси кремния, ядовитых веществ и др. Гравиметрия, химический и определение степени дисперсности частиц по массе фракций позволяют дать достаточно полную оценку с точки зрения вредного действия А. на людей. При гигиенической характеристике А., кроме того, определяют растворимость частиц А. в биологических средах (сыворотке крови, желудочном соке и др.), электрический заряд частиц, удельную поверхность частиц. Установлены вредных веществ, находящихся в воздухе в виде А. (см. Предельно допустимые концентрации)

Библиогр.: Величковский Б.Т. Фиброгенные пыли. Особенности строения и механизма биологического воздействия. Горький, 1980; Грин X. и Лейн В. Аэрозоли - пыли, дымы, туманы, . с англ., Л. 1969, библиогр.; Детри Ж. должна быть чистой, пер. с франц., М., 1973; Хухрина Е.В. и Ткачев В.В. и их , М., 1968.

1. Малая медицинская энциклопедия. - М.: Медицинская энциклопедия. 1991-96 гг. 2. Первая медицинская помощь. - М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. 3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. - М.: Советская энциклопедия. - 1982-1984 гг .

Смотреть что такое "Аэрозоли" в других словарях:

Современная энциклопедия

Аэрозоли - [от аэро... и латинского sol(utio) раствор], мельчайшие твердые частицы или капельки жидкости, способные сохраняться во взвешенном состоянии в газовой среде (дымы, пыли, туманы, смог). Аэрозоли образуются в атмосфере в природных условиях, при… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (от аэро... и золи) дисперсные системы, состоящие из жидких или твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газообразной среде (обычно в воздухе). К аэрозолям относятся, напр., дымы, туманы, пыли, смог. В виде аэрозоля сжигают жидкое и… … Большой Энциклопедический словарь

АЭРОЗОЛИ, ей, ед. аэрозоль, я, муж. (спец.). Газ или жидкость со взвешенными в них мельчайшими частицами. | прил. аэрозольный, ая, ое. А. препарат. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Дисперсные системы, состоящие из мелких твердых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде (обычно в воздухе). А., дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твердой дисперсной фазы дымами; пыль… … Геологическая энциклопедия

Неоднородные полидисперсные системы из взвешенных в газообразной среде частиц твёрдого или жидкого вещества размером 10 6 10 2 см. Различают А. конденсационные (дымы, туманы, смог) и диспергационные (пыль и жидкие частицы). А. могут быть… … Словарь черезвычайных ситуаций

- (от аэро... и немец. Solum коллоидный раствор), пылевые или водяные частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в газообразной среде (атмосфере). Повышение концентрации А. ведет к уменьшению приходящей солнечной радиации. Антропогенные А.… … Экологический словарь

Аэрозоли - (aerosols): система твердых (дым) или жидких (туман) частиц, содержащихся во взвешенном состоянии в воздухе и имеющих малые скорости осаждения...

Пены

Пены - ячеистые дисперсные системы, образованные скоплением пузырьков газа или пара, разделённых тонкими прослойками жидкости. Они относятся к типу Г/Ж. В отличие от газовых эмульсий пены - структурированные связнодисперсные системы. В большинстве случаев пены очень полидисперсны. Размеры газовых пузырей в них колеблются от долей миллиметров до нескольких сантиметров, благодаря чему пены занимают промежуточное положение между микрогетерогенными и макрогетерогенными системами.

Примерами пен являются пожаротушащие пены, пены, образуемые флотореагентами при обогащении руд ценных металлов, а также мыльная пена (или пена, образованная раствором любого другого моющего средства), Флотация грязевых частиц пузырьками пены является одним из важнейших компонентов моющего действия детергентов. Пены используются в ряде косметических средств, например, пена для бритья, пенки для масок, некоторые кремы и др.

Многие пищевые продукты являются пенами, как, например, взбитые сливки, муссы, суфле, кондитерские кремы. При варке варенья на нём образуется пена, стабилизированная растительными белками. Эти белки являются основным объектом питания микроорганизмов, вызывающих гниение, поэтому удаление пенки необходимо для длительного сохранения варенья. Аналогичная пена часто наблюдается при варке мясных бульонов. В этом случае она образована низкомолекулярными растворимыми белками, полипептидами или аминокислотами. Пены образуются и на многих напитках, содержащих поверхностно-активные вещества – на кофе, какао, пиве и т. п.

Применение в качестве пенообразователей полимеризующихся веществ – уретана, стирола и др. - приводит после полимеризации к полному отвердеванию дисперсионной среды. Таким способом получают пенопласты, поролоны, пенорезины, пенобетоны, обладающие высокими прочностными, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Однако эти системы представляют собой самостоятельный класс дисперсных систем – твёрдые пены, относящиеся к типу Г/Т. Рассматриваемые в данном разделе жидкие пены являются промежуточным продуктом при получении твёрдых пен.

В фармации некоторые лекарственные средства применяются в виде пен, например, противоожоговые и ранозаживляющие средства кислородные коктейли.

Пены получают при интенсивном перемешивании или при барботировании пузырьков газа через жидкость. Важнейшим условием их получения является присутствие стабилизатора, называемого пенообразователем . В отсутствие пенообразователя пены с водной дисперсионной средой или вообще не образуются, или очень быстро разрушаются.

В качестве пенообразователей используются те же поверхностно-активные вещества, которые являются эмульгаторами эмульсий типа М/В, так как дисперсная фаза в пенах – воздух или, реже, другие газы, - принципи­ально гидрофобна. Стабилизация гликозидами (сапонин), таннинами, красителями и высокомолекулярными соединениями, особенно белковой природы, ведёт к образованию высоковязких и прочных пространственных структур в поверхностном слое пузырьков, сильно замедляющих утончение и разрыв пленки. Стабилизаторы этого типа называются по предложению Ребиндера сильными пенообразователями.

Кроме того, устойчивость пен определяется и другими свойствами системы, например, вязкостью жидкости.

Кинетическая устойчивость пен является их важной практической характеристикой. Обычно она определяется временем самопроизвольного разрушения столба пены на половине его высоты.

Ещё одной характеристикой пены является её кратность b , выражаемая отношением объёма пены к объёму исходного раствора пенообразователя V ж:

где V г – суммарный объём пузырьков газа, V г + V ж – объём пены.

Для «влажных» пен, состоящих из сферических пузырьков газа, разделённых сравнительно толстыми прослойками, b < 10, для «сухих» пен с тонкими прослойками b может достигать » 1000. В сухих пенах, где коэффициент заполнения пространства пузырьками воздуха превышает 74%, пузырьки деформируются и представляют собой не сферы, а полиэдрические ячейки. Эти ячейки разделяются стенками, состоящими из тонких прослоек жидкости с адсорбированными на них молекулами пенообразователя.

В пределе можно получить достаточно крупные пузырьки с настолько тонкими стенками, что они состоят фактически из двух упорядоченных слоёв молекул поверхностно-активного вещества, между которыми находится мономолекулярный слой воды. Из-за одинакового давления воздуха в соседних пузырьках эти плёнки являются идеально плоскими. Это очень удобно для изучения строения адсорбционных слоёв ПАВ, для экспериментального определения размеров их молекул и т. п. Подобные тонкие слои, называемые «чёрными» плёнками из-за практически полного отсутствия отражения света, могут быть получены и при создании больших мыльных пузырей. В этом случае стенки пузыря при отсутствии движения воздуха являются идеально сферическими. Тонкостенные мыльные пузыри, сохраняющиеся в течение нескольких минут, а иногда и часов, тоже являются удобным объектом для изучения свойств молекул ПАВ.

Часто образование пен является нежелательным, например. В химических аппаратах при перемешивании жидкой реакционной смеси. Аналогично нежелательная пена может возникать при перемешивании или встряхивании лекарственных растворов и т. д. В стиральных машинах из-за интенсивного перемешивания раствор детергента может практически весь превратиться в пену, что не даст проявляться главному механизму моющего действия – солюбилизации грязевых частиц. Кроме того, избыточная пена заполняет всё пространство над раствором, что мешает в работе. Для предотвращения образования ненужной пены применяют специальные вещества – пеногасители . Пеногасителями являются воски, жиры, некоторые масла, эфиры, высшие спирты и др., добавляемые в перемешиваемую жидкость. Уничтожить или хотя бы уменьшить уже образовавшуюся пену можно механическим удалением, термическим («пережигание») или ультразвуковым воздействием.

Аэрозоли - дисперсные системы, состоящие из мелких частиц, взвешенных в воздухе или другом газе.

Аэрозоли играют исключительно важную роль в метеорологии (атмосферные явления), в геологии (образование и разрушение почв из пыли, переносимой ветром - лёссовых почв, выветривание горных пород), в сельском хозяйстве (искусственное дождевание, борьба с вредителями), в экологии (проблемы очистки воздушной среды от загрязнений, как естественных – в результате пыльных бурь, извержений вулканов, - так и антропогенных), в авиации, а также во многих других областях деятельности.

В медицине аэрозоли используются для аэрозольной терапии, которая имеет ряд преимуществ перед традиционными формами применения лекарств. Главное из них заключается в высокой дисперсности и легкой подвижности частиц дисперсной фазы - факторов, значительно повышающих фармакологическую активность лекарств. К ним относятся средства для лечения простудных и других заболеваний дыхательных путей, симптоматические средства, облегчающие приступы бронхиальной астмы, эмфиземы легких и т. п.

Согласно принятой классификации аэрозоли подразделяют на следующие классы:

Туманы имеют жидкие частицы сферической формы, тогда как твёрдые частицы пылей и дымов могут иметь самые различные формы. Искусственно получаемые аэрозоли с жидкими частицами иногда называют английским термином «спрей». Часто, особенно вблизи промышленных предприятий – химических заводов, тепловых электростанций и др., - в воздухе образуется аэрозоль, содержащий одновременно и твёрдые, и жидкие частицы – смог (от англ. smoke – дым и fog – туман).

Подобно многим дисперсным системам, аэрозоли могут образовываться как путём конденсации, так и путём диспергирования.

Конденсационное образование аэрозолей является основным природным и техническим процессом образования высокодисперсных систем. В первую очередь следует упомянуть возникновение таких атмосферных аэрозолей, как туман и облака. Главным механизмом их образования является физическая конденсация водяного пара в результате пересыщения, которое происходит при значительном охлаждении воздуха. К природным конденсационным аэрозолям относятся и высокодисперсные дымы от лесных пожаров и от извержений вулканов. Следует помнить, что в чистом виде природные конденсационные дымы получаются редко, так как в большинстве случаев они находятся в смеси с пылями, образующимися при диспергировании различных веществ – горных пород, золы и т. п. Антропогенными конденсационными аэрозолями являются промышленные дымы, автомобильные, тракторные и др. выхлопы, дымы от костров и пожаров и др.

Аэрозоли, образующиеся в процессах диспергирования ,как правило, имеют сравнительно крупные частицы и обладают большей полидисперсностью, чем аэрозоли, образующиеся в процессах конденсации. Тем не менее, диспергационные методы получения аэрозолей, в особенности с жидкими частицами, используются достаточно широко. Это, например, разбрызгивание форсунками, распылителями и пульверизаторами жидкого топлива, ядохимикатов, лаков и красок, парфюмерных и косметических средств, лекарственных веществ в ингаляториях и т. п. Примером аэрозоля, образующегося природным распылением, может служить тончайшая водяная пыль, стоящая над водопадами, или возникающая при разбивании морских волн о берег, а также при уносе ветром брызг с гребней штормовых волн. Капли этой пыли при этом из-за испарения быстро теряют воду и в результате в морском воздухе присутствует аэрозоль с твёрдыми частичками морской соли. Именно этот аэрозоль придаёт целебные свойства приморским местностям. Аналогичный солевой аэрозоль имеется в воздухе соляных копей. По этой причине во многих местах мира в соляных шахтах устраиваются подземные санатории для лечения лёгочных заболеваний. Диспергационные аэрозоли могут возникать и как побочный продукт различных процессов, например, истирания дорожных покрытий и шин автомобилей, дробления твёрдых материалов, пересыпания порошков. Сюда же можно отнести пыли, образующиеся при военных и мирных взрывах, пожарах и т. п.

В настоящее время в большинстве областей народного хозяйства, в том числе и в медицине, широко используются специальные устройства для быстрого приготовления аэрозолей - аэрозольные упаковки (баллоны).

Аэрозольная упаковка состоит из баллона (металлического, стеклянного или пластмассового), клапана, сифонной трубки и распылительной головки, поверх которой обычно надевается предохранительный колпачок. Клапаны бывают постоянного действия и дозирующие; распылительные головки могут давать крупно- или мелкокапельные аэрозоли, а также пены. Баллон заполняется жидкой смесью, содержащей активные вещества (применительно к фармации - лекарственные), вспомогательные вещества и растворители. Вспомогательные вещества помогают получать распылённые смеси в виде аэрозоля, пены, плёнки и др. Как правило, это ПАВ различной природы. Кроме этой смеси в баллон под давлением закачиваются газы-распылители (пропелленты ).

В качестве пропеллентов применяются азот, N 2 O, СО 2 , легко сжижающиеся углеводороды, например, пропан и бутан и др. Длительное время во всём мире в подавляющее большинство аэрозольных баллонов в качестве пропеллентов вводились фреоны (хладоны).

Фреоны - это полностью или частично фторированные газообразные или жидкие производные углеводородов, часто содержащие также атомы Сl, реже Br. Они негорючи, взрывобезопасны, химически мало активны, практически безопасны для здоровья. Применяемый в каждой данной упаковке фреон обозначается шифром, представляющим собой трёхзначное число, соответствующее его брутто-формуле. Если первая цифра равна нулю, её обычно опускают. В этом шифре 1-я слева цифра - число атомов углерода минус 1; 2-я - число атомов водорода плюс 1; 3-я - число атомов фтора. Если фреон содержит атомы Cl, то их наличие в формуле не отражается, но при написании химической формулы оставшиеся свободными связи «насыщаются» хлором. Например, дифтордихлорметан CF 2 Cl 2 называется фреоном-12, тетрафтордихлорэтан C 2 F 4 Cl 2 - фреоном-114. Названия циклических фреонов включают букву С, например, перфторциклобутан C 4 F 8 - фреон-С318. Для получения медицинских аэрозолей наиболее часто применялись фреоны 11, 12, 114.

Фреоны являются хорошими пропеллентами, дающими очень тонкодисперсные аэрозоли. К тому же из-за лёгкости сжижения они очень технологичны. Однако из-за возможного разрушающего действия на озоновый слой атмосферы принята международная конвенция, запрещающая их применение. Поэтому принимаются меры для постепенного перехода от фреонов к другим, менее вредным для атмосферы пропеллентам.

Газовая дисперсионная среда вносит ряд своеобразных черт в свойства аэрозолей. Прежде всего, это их принципиальная лиофобность и отсутствие эффективных путей стабилизации. На поверхности аэрозольных частиц не образуется двойной электрический слой, служащий одним из главных факторов устойчивости в лиозолях. Поэтому аэрозоли агрегативно неустойчивы. Коагуляции или коалесценции в них препятствует, главным образом, малая частичная концентрация, а также энтропийный фактор и рассеяние частиц в пространстве воздушными потоками. При больших концентрациях, как, например. В дождевых облаках, капли тумана из-за частых столкновений коалесцируют, что приводят к пролитию дождя.

Вследствие большой разницы в плотностях дисперсной фазы и газовой среды аэрозоли седиментационно неустойчивы. Однако и в этом случае воздушные потоки – ветер, сквозняки, - препятствуют оседанию частиц или вновь поднимают в воздух уже осевшие пылевые частицы. В неподвижном воздухе оседание пылей происходит достаточно быстро. Самые мелкие, ультрамикрогетерогенные, частицы дымов из-за броуновского движения не оседают, и длительное время находятся в воздухе, пока не встретятся с какой-либо твёрдой либо жидкой поверхностью или не скоагулируют при столкновении с другой частицей.

В различных областях практической деятельности задача управления устойчивостью аэрозолей стоит очень остро. В одних случаях необходимо поддерживать стабильность аэрозольных систем, в других требуется обеспечить их эффективное разрушение. Например, необходимо разрушать (осаждать) тонкие, зависающие в воздухе пыли, образование которых почти всегда сопутствует процессу дробления, размола, пересыпания твёрдых материалов. Нередко такие аэрозоли представляют значительную опасность для здоровья людей, так как, проникая в лёгкие, вызывают лёгочные (силикоз, антракоз) и аллергические заболевания. Это относится и к лекарственному аэрозолю, возникающему в воздухе аптек при развешивании и фасовке порошков. Многие органические вещества, находящиеся в состоянии высокодисперсных аэрозолей, оказываются взрывоопасными, поскольку горение мгновенно захватывает огромную поверхность и сопровождается резким увеличением объёма. В частности, в аэрозольном состоянии становятся взрывоопасными даже такие обычные вещества, как мука, сахар, угольная пыль, пылевидные отходы обработки полимерных материалов, лекарственные вещества и т. п.

Значительное увеличение количества техногенных аэрозолей может заметно изменить условия образования облаков и за счёт этого - климат планеты. Содержащиеся в промышленных и выхлопных дымах оксиды серы и азота при попадании в облака образуют соответствующие кислоты, что приводят к выпадению так называемых кислотных дождей. Эти дожди являются причиной закисления почв и вод в озёрах и других водоёмах, болезней и гибели растений и животных как наземных, так и обитающих в воде. Отрицательно сказываются эти дымы и на здоровье человека, в особенности в крупных промышленных городах, где в воздухе постоянно висит более или менее концентрированный смог. Ещё одна область, где смог и кислотные дожди приносят большой, часто невосполнимый вред – это коррозия металлов и строительных материалов, от скорости которой зависит сохранность жилых и промышленных зданий, мостов и в особенности памятников архитектуры и скульптуры. За последние 100 – 150 лет состояние последних ухудшилось больше, чем за сотни и тысячи лет, прошедшие со времени их создания.

Концентрация аэрозолей в атмосфере увеличивается и после крупных извержений вулканов. Так, при катастрофическом извержении вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 г. в атмосферу было выброшено около 18 км 3 твёрдых частиц всех размеров, наиболее мелкие из которых оставались во взвешенном состоянии более года. Вызванное этим потемнение атмосферы привело к тому, что в течение нескольких лет на всей Земле наблюдалось заметное похолодание, увеличилось число гроз и др. Аналогичные явления наблюдались в конце 1970-х гг. после извержения мексиканского вулкана Эль Чичон и после поджога нефтяных промыслов в Кувейте во время «войны в Заливе».

Большинство методов разрушения аэрозолей связано с интенсификацией процессов коагуляции, коалесценции и прилипания их частиц к различным поверхностям, а также процессов седиментации (путем изменения скорости и направления потока аэрозоля при инерционном осаждении в аппаратах типа «циклон»). Увлажнение воздуха в помещениях, например, с помощью декоративных фонтанчиков или пульверизаторов приводит к ускоренному слипанию аэрозольных и пылевых частиц с последующим выпадением в осадок. Аналогичный эффект наблюдается в атмосфере после дождя, когда воздух бывает наиболее чистым. Эффективным способом управления устойчивостью атмосферных аэрозолей является распыление в них концентрированных растворов гигроскопических веществ (например, CaCl 2) или твёрдых частиц (СO 2 , КJ). Вызванная этим конденсация водяного пара и рост капелек воды приводят к выпадению осадков. Очистка воздуха в помещениях производится обычно его увлажнением.

Аэрозоли обладают радом свойств, которые не наблюдаются в других дисперсных системах. К ним относятся термофорез, термопреципитация и фотофорез, а также особые электрические свойства.

Термофорез - движение частиц в поле температурного градиента, например, вблизи сильно нагретого металлического стержня или другого предмета. Причиной термофореза в случае крупных частиц является поток воздуха, обтекающий и закручивающий частицу, а в случае мелких - разность числа импульсов молекул, падающих на горячую и холодную сторону частицы, т. е. увеличение интенсивности броуновского движения. В результате термофореза частицы аэрозолей движутся в сторону от нагретого предмета и накапливаются в холодных участках системы, где может происходить их оседание на холодных поверхностях - термопреципитация .

Фотофорез - перемещение аэрозольных частиц под действием света. Различают положительный (движение от источника света) и отрицательный (движение к источнику света) фотофорез. Причины его во многом неясны, но есть предположение, что фотофорез вызывается неравномерным нагревом поверхности частиц, обусловленным различными прозрачностью, коэффициентом преломления и т. п. Возможно также местное нагревание задней стенки прозрачной частицы лучами, испытывающими полное внутреннее отражение.

Как уже упоминалось, двойной электрический слой на поверхности аэрозольных частиц не образуется. Однако вследствие адсорбции ионов из воздуха или электризации при трении о него частицы могут приобрести электрический заряд. В отличие от лиозолей он является случайной величиной и поэтому частицы одинаковых размеров и одного состава могут иметь различные по величине и даже по знаку заряды, к тому же изменяющиеся во времени, и характеризовать электрическое состояние частиц аэрозолей можно только статистическими методами. Заряд частиц обычно весьма мал и составляет всего несколько элементарных зарядов. Это обстоятельство позволило Р. Милликену в начале века измерить заряд электрона в опыте по седиментации капель масляного аэрозоля в вертикальном электрическом поле.

В электрическом поле аэрозоли способны к электрофорезу, что используется для разрушения их в электрофильтрах Коттрелла, действующих по принципу электрофореза. Частицам дыма иди тумана в постоянном электрическом поле высокого напряжения сообщается заряд при адсорбции на них ионов (обычно отрицательных), возникающих в коронном разряде. Приобретшие заряд частицы движутся к аноду, которым обычно является стенка электрофильтра, и разряжаются на нём, после чего осыпаются или стекают в специальный приёмник.

Явления, связанные с электрическими свойствами атмосферных аэрозолей, являются причиной грозовых явлений, а также помех в работе различных радиоустройств. При адсорбции ионов из воздуха капельки тумана в облаках приобретают заряд, который из-за большого числа капель и неравномерности распределения зарядов создаёт электрические поля напряжённостью до 100 В/см и более. В результате происходит пробой изолирующего слоя атмосферы между отдельными частями грозового облака или между облаком и землёй – молния. В сильно запылённых помещениях, например, в плохо проветриваемых шахтах или на мельницах возможна электризация угольных или мучных пылинок, которая усиливается трением этих диэлектрических частиц о воздух. Проскакивание искры в таких помещениях может явиться причиной взрыва.

Аэрозоли широко распространены в природе. Облака и ту­чи, цветочная пыльца, семена и споры растений, а также оби­тающие в воздухе микроорганизмы и вирусы - все это аэрозо­ли, наполняющие воздушную среду, окружающую человека. Строго говоря, атмосфера Земли представляет собой огромную разнообразную аэродисперсную систему.

Аэрозолями называются дисперсные системы, в кото­рых дисперсионной средой является газ (воздух), а дис­персная фаза представлена твердыми или жидкими частицами с размерами 10 -7 -10 -4 м.

Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой называются туманами, а с твердой дисперсной фазой - дымами (размер частиц 10 -7 -10 -6 м) или пылями (10 -6 -10 -4 м).

Основные источники образования аэрозолей:

Природные аэрозоли - туманы, различные дымы и пыли;

Выбросы мелкодисперсных частиц промышленными пред­приятиями, авто- и авиатранспортом, а также новые аэрозольные частицы, образующиеся за счет взаимодействия выбрасываемых в воздух веществ между собой, с компонентами атмосферы и под действием солнечной радиации. К последним относятся различ­ные смоги: токсический, фотохимический (разд. 14.1.1, 14.1.2);

Биологические аэрозоли - сложные системы, в состав ко­торых входят вирусы и бактерии, адсорбированные на поверх­ности твердых или жидких частиц дисперсной фазы;

Аэрозоли, получаемые искусственным путем для практи­ческого использования в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.

Аэрозоли, как и другие виды дисперсных систем, могут быть получены методами диспергации и конденсации. Соответственно различают диспергационные и конденсационные аэрозоли.

Конденсационный способ образования аэрозольных частиц может осуществляться двумя путями: гомогенной или гетеро­генной конденсацией.

В основе гомогенной конденсации лежит образование твердых или жидких частиц из одинаковых молекул. В процессе теплового движения за счет межмолекулярных сил из нескольких молекул могут образоваться ассоциаты, называемые кластерами.

Кластерами называются строго упорядоченные молеку­лярные ассоциаты, возникающие в гомогенной системе и включающие от нескольких до сотен и тысяч молекул.

Другими словами, кластеры - это надмолекулярные струк­туры. Время жизни малых кластеров очень мало. Вероятность их распада обычно больше, чем вероятность роста. Такие кла­стеры принято называть "мерцающими". Понижение темпера­туры создает условия для увеличения размера кластеров. С уве­личением же размера кластеров растет и их стабильность, по­скольку суммарная энергия межмолекулярного взаимодействия внутри кластера при этом становится больше.

Размер кластера, при котором вероятность его роста становится равной вероятности распада, называется критическим.

Если размер кластера превысит критический, то кластер ста­новится стабильным образованием, характеризующимся опреде­ленным фазовым состоянием, т. е. жидкой или твердой аэро­зольной частицей.

Кластеры могут возникать и существовать не только в газо­образной среде, но и в жидкостях, и в твердых телах, а также на их поверхности. Кластерное состояние вещества по физико-химическим параметрам отличается как от газообразного со­стояния, так и от конденсированного. Его можно рассматривать как переходную стадию при гомогенной конденсации с образо­ванием аэрозолей в виде облаков и туманов.

В основе гетерогенной конденсации аэрозольных частиц ле­жит межмолекулярное взаимодействие молекул газа или жид­кости с поверхностью уже существующих твердых или жидких микрочастиц. Такая микрочастица играет роль ядра, на по­верхности которого адсорбируются молекулы газа (пара). В ре­зультате гетерогенной конденсации обычно образуются аэро­зольные частицы, более сложные по химическому составу, чем при гомогенной конденсации. Примером может служить обра­зование токсического смога из молекул SO2, паров воды (тума­на) и мельчайших твердых частиц несгоревшего углерода или оксидов металлов (дыма).

Диспергационные методы получения аэрозолей связаны с из­мельчением твердых тел или распылением жидкостей. В природ­ных условиях диспергационные аэрозоли образуются в результа­те вулканических и других взрывов.

Среди искусственных методов наиболее распространен способ пневмораспыления жидкостей, при котором жидкость под не­большим давлением продавливается через отверстия малого диа­метра, например на выходе из пульверизатора. При этом образу­ются мельчайшие частицы жидкости, взвешенные в газообразной среде. Если распылять суспензии или растворы и одновременно подвергать их сушке, то получаются твердые аэрозольные части­цы. Такой способ широко используется в промышленности, на­пример для получения молочного порошка, растворимого кофе, стирального порошка и др.

Свойства аэрозолей в большой степени определяются свой­ствами газообразной дисперсионной среды.

По оптическим свойствам аэрозоли похожи на коллоидные растворы (лиозоли): для них также характерно светорассеяние. Но из-за большой разницы в показателях преломления света дисперс­ной фазы и дисперсионной среды светорассеяние в аэрозолях про­является значительно ярче, и они дают более четкий конус Тиндаля, чем лиозоли. Благодаря способности рассеивать свет аэрозоли, находящиеся в верхних слоях атмосферы, уменьшают интенсив­ность солнечной радиации, попадающей на поверхность Земли.

Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей имеют ряд осо­бенностей, которые также связаны с сильноразреженной газовой фазой, представляющей дисперсионную среду. Для них характерны явления термофореза, фотофореза, термопреципитации. Термофорезом называется движение частиц аэрозоля в направлении от теплового источника. Термофорез можно объяснить тем, что с более нагретой сто­роны твердой или жидкой частицы молекулы газа приобретают большую скорость, так как обладают большей кинетической энергией, сообщая при этом аэрозольной частице импульс в на­правлении понижения температуры.

Фотофорезом называется направленное движение аэро­зольных частиц под действием светового излучения. Фотофорез является частным случаем термофореза. Он обу­словлен неравномерным нагревом частиц дисперсной фазы и дис­персионной среды, главным образом из-за различной их способ­ности поглощать свет.

Термофорез и фотофорез имеют большое значение в процессе движения атмосферных аэрозолей, например при образовании облаков, токсического и фотохимического смога.

Термопреципитацией называется осаждение аэрозоль­ных частиц на холодных поверхностях вследствие по­тери ими кинетической энергии при соприкосновении с такими поверхностями. Осаждение пыли на стенах и потолке вблизи печей, радиато­ров отопления, электронагревателей объясняется явлением тер­мопреципитации. В газовой среде частицы дисперсной фазы, как правило, не имеют заряда и сольватных оболочек. В то же время в естествен­ных условиях под действием космических лучей и радиоактив­ного излучения Земли происходит ионизация газообразных мо­лекул, главным образом молекул кислорода, в результате чего образуются положительные (O2(+)) либо отрицательные (О2(-)) ионы, так называемые легкие ионы. Эти ионы могут адсорбироваться на поверхности аэрозольных частиц, сообщая им заряд.

Легкие ионы и заряженные аэрозольные частицы, попадая в организм человека, оказывают определенное физиологическое воздействие на него. При этом важное значение имеют химическая природа носителя заряда, количество заряженных частиц в воздухе и знак заряда этих частиц. Считается, что отрица­тельно заряженные ионы полезны для организма, а положительно заряженные, наоборот, вредны, что, по-видимому, объ­ясняется отрицательным зарядом поверхности многих клеток и тканей организма, например эритроцитов крови.

Аэрозоли - системы, в принципе, нестабильные. Частицы не только могут осаждаться под действием сил гравитации, но и способны к коагуляции. Как и в коллоидных растворах, в аэрозолях различают два вида устойчивости: седиментационную и агрегативную. Седиментационная устойчивость, несмотря на от­носительно крупные размеры аэрозольных частиц, обеспечивает­ся высокой интенсивностью броуновского движения этих частиц в газовой среде. Вместе с тем агрегативная устойчивость аэрозо­лей гораздо меньше, чем коллоидных растворов, что связано с отсутствием сольватных оболочек на поверхности аэрозольных частиц, которые могли бы создавать расклинивающее давление между частицами при их сближении. Поэтому столкновение частиц, как правило, приводит к их слипанию - коагуляции.

Скорость коагуляции зависит от заряда аэрозольных час­тиц. При разноименных электрических зарядах она резко воз­растает, в то время как одноименные заряды препятствуют коа­гуляции. Сильное электрическое поле способствует коагуляции незаряженных аэрозольных частиц, так как под действием по­ля частицы поляризуются, в результате чего увеличивается вероятность их столкновения и слипания.

В основе очистки окружающего нас воздуха от загрязняющих его аэрозолей лежат главным образом явления адсорбции, коагу­ляции и седиментации. Для этого используют различные способы, в зависимости от размеров аэрозольных частиц и их заряда.

1. Если частицы достаточно крупны, то очищаемый воздух пропускают через центрифуги, циклоны и фильтры, где под дей­ствием центробежных и гравитационных сил частицы оседают.

2. Для очистки воздуха от мелких частиц, несущих электри­ческий заряд, используют электрофильтры. Очищаемый воздух пропускается сквозь сетчатые фильтры, на которые подаются по­очередно положительный и отрицательный заряды. При этом частицы аэрозоля теряют свой заряд, их агрегативная устойчи­вость уменьшается, что приводит к слипанию частиц и оседанию на фильтре.

3. Чтобы очистить воздух от мелких частиц, не имеющих электрического заряда, необходимо предварительно провести ио­низацию воздуха, а затем пропустить его через электрофильтры.

Различные промышленные производства и современные виды транспорта выбрасывают в атмосферу громадные количества вред­ных веществ в виде дымов, пыли и туманов, которые загрязняют окружающую человека среду, уничтожают растительность и на­носят вред здоровью людей и животных. Некоторые аэрозоли, со­держащие даже инертные в химическом отношении вещества в виде мельчайших твердых и жидких частиц, попадая в дыха­тельные пути, вызывают легочные заболевания, а также раз­личные виды аллергии. Грубые частицы пыли, размером свыше 5 10 -6 м, при дыхании через нос в легкие не попадают, осаж­даясь в каналах носоглотки. Частицы размером (2-5) 10 -6 м задерживаются в носоглотке на 90 %, частично попадая в верх­ние дыхательные пути и в бронхи, где осаждаются, обволакива­ются слизью, а затем удаляются через верхние дыхательные пу­ти. Частицы же меньших размеров, менее (1-2) 10 -6 м, прони­кают в альвеолы легких, где могут осаждаться. Более 50 % частиц, попавших в альвеолы, выстилают их поверхность, бло­кируя кислородный обмен и нарушая дыхательную функцию легких. Когда частицы, микроорганизмы или вирусы попадают в альвеолы, их растворимые части всасываются в кровь, оказы­вая вредное воздействие на организм в случае поступления в него токсичных веществ. Вредное действие могут оказывать также и нерастворимые нетоксичные частицы.

Болезни, вызываемые действием различных пылей на легкие, называются пневмокониозами. В зависимости от природы пыли различают много видов пневмокониозов: силикоз (кварцевая пыль, Si0 2), антракоз (угольная пыль, С), асбестоз (асбестовая пыль, Mg3(OH)4) и др. Пыли, вызывающие пневмокониозы, как правило, относятся к диспергационным аэрозолям. Не меньшую опасность для здоровья людей представляют и кон­денсационные аэрозоли, особенно аэрозоли металлов и оксидов металлов, образующиеся в металлургии при обогащении руд и разливке расплавленных металлов. Установлено, что кластеры металлов, образующиеся при их горячей разливке, подобно ви­русам способны проникать сквозь клеточные мембраны и на­рушать жизнедеятельность клеток.

В последнее время особое внимание медиков привлекают аэрозоли, содержащие цветочную пыльцу, вирусы, различные микроорганизмы, поскольку они являются источником острых аллергических заболеваний у людей. Вместе с тем в современ­ной медицине специально получаемые аэрозоли широко ис­пользуют для дезинфекции помещений и лечения многих заболеваний: ингаляция антибиотиков и других лекарственных средств, аэрозольная вакцинация, обработка ран, ожогов, эро­зий, мелких травм.

АЭРОЗОЛИ

(от греч. aеr – воздух и лат. solluti – раствор) свободные дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей их твердых или жидких частиц.

Сам термин аэрозоль был предложен профессором Доннаном (Англия) в конце первой мировой войны для обозначения высокодисперсных систем, таких как ядовитые дымы фенилхлорарсина, которые начали применять в военных целях. Независимо от Доннана этим термином стал пользоваться и немецкий ученый Шмаусс, которому принадлежит первая статья (1920 г.), где он был использован.

Классификация.

1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:

туманы (Ж/Г) – дисперсная система, состоит из капелек жидкости;

дымы (Т/Г) – аэрозоли с твердыми частицами кондансационного происхождения;

пыли (Т/Г) – твердые частицы, образованные путем деспиригирования;

смог (Ж+Т/Г) – система смешанного типа, когда на твердых частицах конденсируется влага (туман, образовавшийся на частицах дыма);

2. По дисперсности:

ультрадисперсные аэрозоли (наночастицы) с размерами 0,001 – 0,01 мкм;

высокодисперсные аэрозоли (ВДА) 0,01 – 0,1 мкм;

среднедисперсные аэрозоли 0,1 – 10 мкм;

грубодисперсные аэрозоли 10 – 100 мкм.

Появление нового класса наночастиц произошло совсем недавно, когда стало возможным создание нового поколения аэрозольных приборов для изучения этих ультрадисперсных аэрозолей.

Характерные размеры аэрозольных частиц:

3. По методам получения:

конденсационные;

диспергационные.

Аэрозоли могут возникают естественным путем, образуются искусственно и сопутствуют промышленному производству.

Аэрозоли, которые возникают естественным путем :

До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Ежегодно в среднем 1 км 2 земной поверхности выбрасывает в атмосферу 20т раздробленной массы, которая превращается в атмосферные аэрозоли.

Ветер поднимает и разносит облака пыли, создавая пыльные бури. Пыль может подниматься на высоту 5 – 6 км и переноситься на расстояния, измеряемые тысячами километров (в Норвегии, например, была обнаружена пыль пустыни Сахара).

При извержении вулканов, а их на Земле более 600, в атмосферу выбрасывается несколько десятков миллионов тонн грунта, большая часть которого переходит в аэрозольное состояние (так, в результате гигантского извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. в стратосферу было выброшено такое количество пыли, что следующий, 1816 г, вошел в историю как «год без лета»).

Микроорганизмы, вирусы и споры растений подхватываются потоком воздуха и образуют аэрозоли, таки аэрозоли биологического происхождения могут переносятся на огромные расстояния (отмечены случаи, когда споры грибов были обнаружены над Карибскимморем в 1000 км от ближайшего возможного места их образования).

Вода, испаряемая с водной поверхности Земли, образует аэрозоли, разрушение которых приводит к возникновению дождя, снега, града.

Аэрозоли, которые получают искусственно:

Около 10% всех аэрозолей получается искусственно: это распыление ядохимикатов и удобрений, орошение, бытовые аэрозоли и т. д.

Промышленные аэрозоли:

В шахтах, карьерах для добычи полезных ископаемых, около металлургических и химических комбинатов, при работе различных агрегатов (дробилок, мельниц, многочисленных котельных) образуются аэрозоли, загрязняющие воздух. Все виды наземного, воздушного и водного транспорта являются источниками аэрозолей за счет сгорания топлива (достаточно сказать, что в результате сгорания топлива ежегодно выбрасывается в атмосферу более 100т твердых и 1 млн.т газообразных веществ).

Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядерного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.

Основные безразмерные критерии подобия для описания аэродисперсных систем.

Они возникают при анализе и обезразмеривании определяющих уравнений, описывающих тот или иной элементарный процесс с одиночной частицей.

Кроме того, данные критерии имеют самостоятельное значение для понимания специфики и закономерностей процессов и явлений с аэрозолями.

Число Маха

где q p и q g – характерные скорости движения частицы и газа соответственно

Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и характеризует скоростные режимы движения аэрозольной частицы относительно центра масс газа.

Диапазон изменения критерия: от очень малых значений до единицы. Для атмосферных аэрозолей характерен диапазон M <<1, поэтому можно сказать, что динамика аэрозолей – это низкоскоростная аэродинамика.

Умеренные числа M ≈1 могут быть характерны для ряда технологических аэрозольных приложений.

Число Рейнольдса

где ρ– плотность

u – среднемассовая скорость

η – вязкость газа

R– радиус частицы

Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и выражает соотношение сил инерции и сил вязкого трения в газе.

Диапазон изменения критерия – от 0 до очень больших значений.

Для атмосферных и технологических аэрозолей число Re изменяется от очень малых (гравитационное осаждение частиц) до очень больших значений (турбулентный перенос частиц, газоочистные аппараты).

Число Кнудсена

где λ – средняя длина свободного пробега молекул газа

R – радиус частицы

Оно возникает при анализе уравнения Больцмана, применяемого для описания дисперсионной газовой среды, и характеризует структурность газа.

Формальный диапазон изменения критерия 0 < Kn < ∞

Для атмосферных аэрозолей 0.001мкм ≤ R ≤ 100мкм , λg ≈ 0. 065мкм при н.у., тогда

10−3 ≤ Kn ≤ 100

Число Стокса

где τ – время механической релаксации частицы

L – некоторый характерный размер процесса

Оно возникает при анализе уравнений движения частицы в механике аэрозолей и характеризует соотношение между силами инерции частицы и силами вязкого трения в газах.

Диапазон изменений критерия может быть достаточно большим (особенно для процессов с технологическими аэрозолями).

Число Брауна

где v p и v g –тепловая скорость движения аэрозольной частицы и молекулы газа

Возникает при анализе уравнений броуновского движения аэрозолей, характеризует интенсивность броуновского движения аэрозольных частиц. Диапазон изменения критерия от 0 до 1.

Для атмосферных аэрозолей обычно число Брауна Br << 1 (за исключением ультрадисперсного аэрозоля, где Br ≤ 1).

Свойства аэрозолей

Свойства аэрозолей определяются:

природой веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды

частичной и массовой концентрацией аэрозоля

размером частиц и распределением частиц по размерам

формой первичных (неагрегированных) частиц

структурой аэрозоля

зарядом частиц.

Для характеристики концентрации аэрозолей, как и других дисперсных систем, используются:

массовая концентрация – масса всех взвешенных частиц в единице объема дисперсной системы:

массовая и объемная доли :

, где m 0 и V 0 – общая масса и общий объем дисперсной системы

численная концентрация – число частиц в единице объема дисперсной системы

Где V 0 –общий объем дисперсной системы

N ч – число частиц

Особенности молекулярно-кинетических свойств аэрозолей обусловлены:

малой концентрацией частиц дисперсной фазы

(например, в 1 см 3 гидрозоля золота содержится 1016 частиц, а в таком же объеме аэрозоля золота менее 107 частиц).

малой вязкостью дисперсионной среды (воздуха), т.е., малым коэффициентом трения (В), возникающего при движении частиц

малой плотностью дисперсионной среды, следовательно ρ част » ρ газа

Все это приводит к тому, что движение частиц в аэрозолях происходит значительно интенсивнее, чем в гидрозолях.

Броуновское движение

Это непрерывное хаотичное равновероятностное для всех направлений движение частиц, распространяющихся за счет воздействия дисперсионной среды.

Согласно уравнению Эйншнейна, средний квадрат смещения частицы  х 2 за промежуток времени t вдоль оси x равен:

где K – коэффициент сопротивления (сила, действующая на частицу, движущуюся со скоростью 1м/с)

В случае справедливости закона Стокса K=3d, так что уравнение приобретает вид:

Первые измерения броуновского движения частиц в газах, сделанные Де Бройлем, подтвердили справедливость уравнения Эйншнейна.

Диффузия

Это самопроизвольные процесс распространения дисперсионной фазы из области с большей концентрацией а область с меньшей концентрации.

где n – концетнрация частиц в данной плоскости.

По закуну Фика:

где D – коэффициент диффузии.

Тогда, можно выразить коэффициент диффузии в функции размера частицы:

где член представляет собой подвижность частицы.

Электрические свойства аэрозолей

До сих пор аэрозольные частицы рассматривались как незаряженные, и пренебрегали действием электрических сил как между самими частицами, так и между частицами и приложенным внешним электрическим полем. В реальности большинство аэродисперсных систем обладает электрическим зарядом, это свойство фактически является универсальным как для технологических, так и для природных атмосферных аэрозолей.

Электрические свойства частиц аэрозоля значительно отличаются от электрических свойств частиц в лиозоле.

Большинство аэрозолей несут заряд, который может постоянно перераспределяться между частицами;

Внешние электрические поля могут влиять как на величину заряда частиц, так и на характеристики их движения;

На частицах аэрозоля не возникает двойной электрический слой, так как из-за низкой диэлектрической проницаемости газовой среды в ней практически не происходит электролитическая диссоциация;

Заряд частиц носит случайный характер, и для частиц одной природы и одинакового размера может быть различным как по величине, так и по знаку.

В отсутствие специфической адсорбции заряды частиц очень малы и обычно превышают элементарный электрический заряд не более чем в 10 раз.

К основным процессам, приводящим к образованию заряда на частице, относятся прямая ионизация частиц; статическая электризация частиц; столкновения с ионами; ионизация частиц электромагнитным излучением (УФ, рентгеновским или гамма-излучением).

Согласно Смолуховскому, заряд зависит от числа положительных и отрицательных ионов, находящихся в капельке в момент ее отделения от жидкости, т.е. определяется концентрация ионов в жидкости, то есть:

где - средний квадрат заряда капельки, выраженный через число элементарных

N – концентрация ионов одного знака в жидкости

V – объем капельки

Эта теория была проверена Натансоном в опытах с жидкостями, имеющими очень низкую концентрацию ионов (менее 310 -9 моль/л), например с трансформаторным маслом. Он нашел, что распределение зарядов вполне симметрично во всей области размеров капелек 0,5 – 2,1 мк.

Но заряд жидкой капли не может достичь предельного значения кроме случая, когда ее размеры очень малы.

На заряд накладывается дополнительное ограничение, известное как предел Рэлея. Сильно заряженная капля будет испаряться до тех пор, пока внешняя сила электрического поля на поверхности капли не превысит внутреннюю силу ее поверхностного натяжения. В этот момент капля разорвется на части, а ее заряд распределится по большей поверхности нескольких более мелких капелек.

Рэлей получил выражение для количества электронов на капле, необходимого для ее разрыва:

где σ – коэффициент поверхностного натяжения

d – диаметр капли

Правильность этой формулы была подтверждена экспериментально

Устойчивость

Под устойчивостью системы понимается способность системы сохранять свои свойства, дисперсионный состав, равномерное распределение частиц по объему.

Есть два вида устойчивости:

1. Молекулярно-кинетическая устойчивость – это устойчивость дисперсной системы по отношению к действию силы тяжести. Она препятствует седиментации и определяется наличием броуновского движения, зависит от степени дисперсности частиц, вязкости среды, температуры.

2. Агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять свою степень дисперсности.

Аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми системами. Устойчивость аэрозолей является лишь кинетической, термодинамические факторы устойчивости отсутствуют.

К нарушению устойчивости аэрозолей приводят следующие процессы:

седиментация частиц, которая по причине малой вязкости среды протекает быстрее, чем в гидрозолях;

коагуляция частиц, протекающая в газовой среде из-за интенсивного броуновского движения с большой скоростью, которая ещё более возрастает с увеличение концентрации аэрозоля. Ускорению коагуляции способствует повышенная влажность среды;

влияние температуры, особенно на устойчивость туманов, так как их равновесное состояние возможно только при условии, когда давление насыщенного пара дисперсных жидких частиц  равно давлению насыщенного пара жидкости, из которой они образованны ( 0). При  >  0 идет испарение капель, а при  <  0 – конденсация.

а) Испарение

Продолжительность существования аэрозолей ограничивается скоростью испарения отдельных частиц; для данного вещества при постоянной температуре испарение будет происходить с максимальной скоростью в случае, когда окружающий воздух не содержит паров вещества; для вопроса об устойчивость аэрозолей эта максимальная скорость испарения имеет существенное значение.

Если построить графическую зависимость площади поверхности s от времени t для капельки чистого высококипящего вещества, то полученный график сначала приблизительно линеен (ds/dt=const), но затем постепенно отклоняется от оси времени. Причем кривизна тем заметнее, чем меньше частица. То есть, скорость испарения мелких капелек постепенно падает по мере уменьшения их размеров.

Расчеты времени полного испарения капелек важны при сравнении устойчивости различных веществ в аэродисперсном состоянии, но полное испарение частиц маловероятно. Наличие нелетучих примесей, присутствовавших в исходном веществе, или возникших уже в дисперсном состоянии в результате окисления или разложения, или приобретенных при столкновении с частицами пыли в воздухе, может замедлять испарение и даже останавливать его.

Поэтому «время полуиспарения» капли, т.е время, в течение которого капля потеряет за счет испарения половину своей первоначальной массы, оказывается более удобным параметром.

б) Коагуляция

Коагуляция – наиболее важный процесс межчастичного взаимодействия в аэрозолях. Ее надо понимать как эффект слипания, агрегирования первичных частиц в процессе их взаимного движения и парных столкновений (тройные столкновения частиц обычно не учитываются как весьма маловероятные).

Слияние жидких капель называется коалесценцией , для твердых частиц часто используется термин агломерация. Оба эффекта в целом можно характеризовать как агрегацию частиц.

В общем случае под коагуляцией понимают уменьшение степени дисперсности частиц (т.е. их укрупнение) при снижении числовой концентрации частиц.

Рассмотрим теорию коагуляции Смолуховского.

Монодисперсный аэрозоль из сферических частиц, которые первоначально были

равномерно распределены в объеме газа. Они испытывают поступательное броуновское движение, которое приводит к их сближению и столкновениям. Каждое парное столкновение частиц приводит к их слипанию.

Рассматривается процесс броуновской диффузии частиц из неограниченного объема газа к одной неподвижной частице – так называемой «поглощающей сфере».

В итоге, решение уравнения Смолуховского имеет вид:

Эти уравнения позволяют предсказать изменение числовой концентрации монодисперсных частиц во времени.

Видно, что данный процесс является достаточно медленным, а скорость изменения концентрации частиц сильно зависит от их начальной концентрации.

Зависимость числовой концентрации частиц n от времени для броуновской коагуляции монодисперсного аэрозоля (разные кривые соответствуют различной начальной концентрации частиц)

Оптические свойства

Определяются рассеянием светового потока при прохождении через аэрозоль.

Интенсивность излучения I, рассеянного в данном направлении определенным объемом аэрозоля, становится пропорциональной счетной концентрации частиц n и радиусу частиц в некоторой степени p, т.е. :

Специфические свойства

К особенностям физических свойств аэрозолей, связанным с газообразной дисперсной средой, относятся явления термофореза, фотофореза.

Явление термофореза наблюдается в аэрозолях под влиянием градиента температуры.

Термофорезом называют движение частиц аэрозоля в направлении области более низких температур. Причиной этого служит то, что более нагретую сторону частицы молекулы газа бомбандируют с большей скоростью. Чем менее нагретую. Частица получает импульс для движения в сторону более низкой температуры.

Фотофорезом называют перемещение частиц аэрозоля при одностороннем освещении. Направление движения зависит от многих свойств частиц – размера, формы, прозрачности и т.д.

Фотофорез отсутствует или проявляется очень слабо у веществ, хорошо отражающих свет, например фторида кальция, трехокиси сурьмы, и очень заметно у сильных поглотителей света: сажи, железных опилок.

Если сильнее нагревается сторона частицы, обращенная к источнику света, то благодаря усилившейся бомбардировке этой стороны молекулами окружающего газа частица смещается от источника света – имеет место положительный фотофорез. Если же сильнее будет нагреваться противоположная сторона частицы, то получается обратные эффект – отрицательный фотофорез.

Стоит сказать о роли фотофореза в медицине. Фотофорез лекарств метод, в основе которого лежит одновременное воздействие излучением и лекарственным веществом.

Суть фотофореза: на ограниченный участок кожи (до 80 см 2) наносится около 1 мл р-ра лекарственного вещества и равномерно распределяется по поверхности кожи. Далее этот участок облучают расфокусированным лучом красного или инфракрасного света. Время облучения около 10-20 мин. В основе фотофореза лежит повышение проницаемости кожи под влиянием низкоинтенсивного лазерного излучения и ускорение диффузии лекарств.

Фотофорез имеет большой диапазон воздействия на организм. Он способен повышать повышать иммунитет, увеличивать выработку антител, усиливать клеточный обмен, синтез коллагена и эластина, улучшать микроциркуляцию крови и лимфы, усиливать проникновение питательных веществ в глубину кожи, нормализовать АД и т.д.

Методы получения аэрозолей

Аэрозоли образуются при взрывах, дроблении и распылении веществ, а так же в процессах конденсации при охлаждении перенасыщенных паров воды и органических жидкостей.

Как и другие микрогетерогенные системы, аэрозоли могут быть получены двумя разными путями:

из грубо-дисперсных систем (диспергационные методы),

из истинных растворов (конденсационные методы).

Конденсационный метод .

Связан с образованием в гомогенной системе новой фазы. Обязательным условием ее образования является наличие пересыщенного пара, конденсация которого и приводит к образованию частиц дисперсной фазы.

Объемная конденсация пересыщенного пара может происходить в трех случаях:

*при адиабатическом расширении (образование облака);

*при смешении паров и газов, имеющих разные температуры (образование атмосферных туманов);

*при охлаждении газовой смеси.

Кроме того, конденсационный аэрозоль может образовываться в результате газовых реакций, ведущих к образованию нелетучих продуктов:

при сгорании топлива образуются дымовые газы, конденсация которых приводит к появлению топочного дыма;

при сгорании фосфора на воздухе образуется белый дым (Р 2 О 5);

при взаимодействии газообразных NH 3 и НСl образуется дым МН 4 Сl (тв);

окисление металлов на воздухе, происходящее в различных металлургических и химических процессах, сопровождается образованием дымов, состоящих из частиц оксидов металлов.

Особенность конденсации продуктов химических реакций – возможность каталитического действия конденсированных частиц на превращение исходных веществ.

Диспергационный метод.

Диспергационные аэрозоли образуются при измельчении (распылении) твердых и жидких тел в газовой среде и при переходе порошкообразных веществ во взвешенных состояниях при действии воздушных потоков.

Распыление твердых тел происходит в две стадии:

измельчение

распыление.

Среди методов распыления жидкостей различают следующие:

1. Пневматическое (или аэродинамическое)распыление;

2. Гидравлическое (или гидродинамическое) распыление;

3. Центробежное распыление;

4. Прочие методы (электростатическое, акустическое, с помощью пропеллентов и другие)

Перевод вещества в состояние аэрозоля должен быть осуществлен в момент применения аэрозоля, так как в отличие от других дисперсных систем (эмульсий, суспензий), аэрозоли нельзя приготовить заранее. В бытовых условиях почти единственным средством получения жидких и порошкообразных аэрозолей является устройство, называемое «аэрозольной упаковкой», вещество в нем упаковывается под давлением и распыляется при помощи сжиженных или сжатых газов.

Самобалансирующийся волчок Уолтона и Пруэтта.

Приводится в действие сжатым воздухом (вход справа), угловая скорость вращения – несколько тысяч оборотов в секунду, радиальное ускорение – порядка миллиона g. Жидкость подается сверху из узкой трубки (3) в центр ротора (2) и растекается на его поверхности в виде тонкой пленки. Капли отрываются от конуса ротора, тонокодисперсный туман выходит в зазор между вращающимся ротором и корпусом волчка.

Методы разрушения аэрозолей

Несмотря на то, что аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми, проблема их разрушения стоит очень остро. Основные проблемы, при разрешении которых возникает необходимость разрушения аэрозолей:

Очистка атмосферного воздуха от промышленных аэрозолей;

Улавливание из промышленного дыма ценных продуктов;

Искусственное дождевание или рассеивание облаков и тумана.

В жизни современного человека используется множество различных средств. Один из них - аэрозоль. Это что такое? Это специальная форма средств, применяемых в разных сферах жизни. Существует несколько их видов. Об этом будет сказано в статье.

Понятие

Аэрозоль - это дезодорант, баллончик с краской, лак для волос. В медицинской сфере они применяются для распыления антибиотика или антисептика. Аэрозоль - это ингаляторы для людей, больных астмой и прочими недугами дыхательных путей. Эти средства бывают и в бытовой химии, а также в виде дезинфектора. В такой форме выпускаются препараты от насекомых.

Женщины часто применяют разные средства по уходу за волосами. Одно из них - аэрозоль. Это лаки для волос, дезодоранты. Они очень удобны в использовании. Из этого можно сделать вывод, что аэрозолем называют мелкие частицы, висящие в газовой среде. К ним могут относиться как жидкости, так и твердые вещества. Эти компоненты настолько мелкие, что не падают на землю, поскольку в подвешенном состоянии они удерживаются воздушными потоками.

Виды систем

К популярным видам аэрозоля относят двухфазные системы. Они стали так называться из-за агрегатного состояния содержимого банки. Определить, какой в руках аэрозоль, инструкция поможет. Обычно перед применением его следует встряхивать. Это действие требуется для смешивания сжатого в баллоне газа и летучих веществ концентрата, находящегося в сжиженном состоянии.

Из баллона может выходить пена или туман. Такой вид часто применяется в косметике или средствах от ожогов. Существует растворимый аэрозоль. В нем активный компонент растворяется в пропелленте или подобном веществе. С высвобождением химическая добавка испаряется, и аэрозоль получается в виде тумана.

К последнему виду относят трехфазные системы. Они считаются самыми сложными аэрозолями, поскольку в них присутствуют три компонента разного состояния. С нажатием на кнопку выходит пена. Такие средства применяется в медицинской сфере.

Виды распыления

Применение аэрозолей может отличаться распылением. Оно делится на 3 вида:

• с помощью форсунок - выделение жидкости под давлением;
• вращающийся диск;
• использование ультразвука.

Могут применяться и другие методы. Они используются в фирме пульверизатора, брумизатора и аэрозольного генератора.

Краски

Кроме медицины аэрозоль используется и в бытовой сфере. Он может входить в такое средство, как краска. Аэрозоль тогда представлен в виде красящего состава, находящегося в специальной упаковке. Его наносят распылением. У такого средства есть преимущества по сравнению с обычными акриловыми и прочими красками:

• легкость нанесения;
• не нужно приобретать дополнительный инструмент;
• краситель не требуется размешивать, его можно сразу использовать;
• краска быстро наносится и сохнет, она позволяет легко создать однотонную поверхность.

Имеет свои преимущества каждый аэрозоль. Инструкция по применению есть к каждому средству, поэтому ее нужно читать перед использованием. Там указаны правила нанесения средства, а также время воздействия. В инструкции обозначены правила безопасного использования.

Безопасность

Аэрозолем называют летучую смесь, которая распространяется в воздухе. Поэтому важно применять средство в проветриваемых помещениях. А еще лучше пользоваться ими на улице.

Так как вещества являются летучими, работать с ними надо в защитных очках и респираторе. Они считаются взрывоопасными, поэтому не нужно распылять его над огнем или пробивать баллон. Последствия от этого для человека могут быть неблагоприятны.

Сферы использования

Аэрозольная краска считается востребованной вещью. Она применяется для окрашивания ручных поделок. Тогда не будут видны следы от кисточки, да и оттенки у средства станут более насыщенные.

В виде аэрозоля выпускают освежитель воздуха в квартире и ванной комнате. Они включают сдерживающий компонент, масло и отдушку.

Есть такие системы, для которых не требуется человеческое вмешательство. Это касается автоматических освежителей. Их работа основана на том, что периодически аппарат подает сигнал на специальную трубку, которая соединяется с баллоном, выплескивая аромат. Эти освежители считаются удобными, необходимо лишь менять баллоны и контролировать заряд.

«Каметон»: правила использования

В лечении заболеваний носа и горла используются различные лекарства. Одним из них является «Каметон». Аэрозоль, инструкция по использованию которого несложная, имеет насадку, выполняющую распыление. К действующим компонентам относят хлоробутанол, камфору, ментол и эвкалиптовое масло. Также медикамент включает и дополнительные вещества.

«Каметон» следует применять при различных заболеваниях, вызванных вирусами и бактериями. Главным его назначением считается устранение боли. После распыления человек ощущает облегчение. Резь и жжение в гортани, появляющееся при глотании, больше не будут беспокоить. В составе присутствует хлопобутанол, который имеет антисептическое свойство. Его дополнением служит камфора, усиливающая кровоток в воспаленном участке, восстанавливающая поврежденные ткани.

Лекарство помогает устранить патогенные микроорганизмы и пораженном участке. Левоментон, который тоже есть в препарате, имеет охлаждающий эффект. Он освежает дыхание, облегчает симптомы заболевания. Эвкалиптовое масло тоже позволяет устранить воспалительные процессы. Оно нужно для регенерации тканей и слизистых оболочек. Бактерицидный эффект позволяет устранить микробы и вирусы.

У «Каметона» двойное применение. Его наносят на воспаленные миндалины и гортань. Средство распыляется в носовые ходы для лечения патологий. В первом случае насадку следует надеть на баллон, а затем нажать несколько раз. Если из наконечника выходит облако, то можно использовать лекарство. Его распыляют в нос 2 раза.

Вместе с этим надо сделать глубокий вдох. Повторяется процедура до 3 раз в сутки. Предварительно нос надо очистить с помощью промывания. В гортань средство распыляют по 2-4 дозы до 4 раз за день. Перерывы должны быть одинаковыми. Лекарство распыляют на вдохе. Потом надо выдохнуть через нос. После процедуры не следует кушать около 1 часа.

Аэрозоль используется во многих сферах жизни. Обычно люди называют им все, что распыляется из баллончика. Это верно, но не совсем. Аэрозоли применяются в косметической области, а также для дезинфекции рук, помещений, для распространения приятного аромата, для придания поверхности желаемого цвета и т. п. Любое из средств в баллоне надо использовать с соблюдением правил безопасности. Следует помнить, что их ни в коем случе нельзя давать детям, иначе это может привести к плачевным последствиям. Если же правильно применять аэрозоль, то он не принесет вреда.