Аэрозоли примеры. Аэрозоли

Жидких) частиц, взвешенных в воздухе или любой другой газовой среде. Совокупность этих частиц - дисперсная фаза - перемещается вместе с газовой дисперсионной средой. Частицы аэрозолей могут также смещаться относительно самой среды в результате броуновского движения, направленного движения под действием сил инерции, гравитации, электрического поля, давления света, под влиянием разности температур или концентраций частиц в различных местах системы.

При столкновении аэрозольных частиц происходит их коагуляция с образованием хлопьевидных скоплений (агрегатов), оседающих на поверхности твёрдого тела или жидкости. Однако частицы аэрозолей, несущие одноимённые электрические заряды (главным образом вследствие адсорбции на аэрозольных частицах присутствующих в газовой фазе ионов), взаимно отталкиваются и не склонны к коагуляции; такая система способна длительно сохранять агрегативную устойчивость. Свойства аэрозолей зависят от размера и формы частиц, их химической природы и структуры, величины и знака электрического заряда, температуры, давления, скорости и характера движения газовой среды. Размеры частиц аэрозолей находятся приблизительно в пределах от 1 до 10 5 нм.

Аэрозоли образуются путём диспергирования (тонкого измельчения сравнительно крупных кусков твёрдого тела, распыления жидкости) или путём конденсации паров вещества в первоначально однородной (гомогенной) газовой среде.

В последнем случае в результате спонтанного скопления молекул (флуктуации плотности) в объёме пересыщенных паров формируются зародыши новой дисперсной фазы, которые затем превращаются в устойчивые жидкие или твёрдые микрочастицы. Путём диспергирования идёт образование атмосферной пыли в процессе выветривания горных пород, эрозии почвы, вулканических извержений; аналогично образуются аэрозольные загрязнения при механической обработке строительных материалов, добыче твёрдых полезных ископаемых, производстве и переработке порошкообразных продуктов. Диспергированием, используя различные средства распыления, получают аэрозоли с жидкой дисперсной фазой разного промышленного и бытового назначения. Путём конденсации в природных условиях при пересыщении атмосферного воздуха влагой возникают облака и туманы. При неполном сгорании топлива и в некоторых химических процессах образуется дым - аэрозоли с твёрдыми микрочастицами, в атмосфере экологически неблагоприятных промышленный районов - смог с разнородными аэрозольными частицами, находящимися как в жидком, так и твёрдом агрегатном состоянии.

Аэрозоли широко распространены в природе (смотри, например, Атмосферный аэрозоль), играют большую роль в различных технологических процессах, влияют на здоровье и повседневный быт человека. В виде аэрозолей используют лакокрасочные материалы для создания декоративных и защитных покрытий в машиностроении и строительстве. Распылением с помощью форсунок в аэрозоль превращают жидкое и твёрдое топливо при сжигании в тепловых энергетических установках, реактивных двигателях. Аэрозольные баллончики с различными препаратами бытовой химии широко применяются в повседневной жизни человека. В аэрозольном виде используют средства борьбы с бытовыми насекомыми и сельскохозяйственными вредителями, некоторые парфюмерные и гигиенические средства, лекарства (аэрозольтерапия), средства дезинфекции и пр. Способность аэрозолей рассеивать и поглощать свет используется в военном деле (маскирующие дымы) и пиротехнике (цветные дымы).

Вредны для здоровья аэрозоли, возникающие в подземных выработках при добыче каменного угля и рудного сырья, в заводских цехах металлургических и химических предприятий, при взрывных работах, сжигании топлива или органических отходов производства и потребления. Они загрязняют воздух и, действуя на органы дыхания и кожные покровы человека, могут вызывать острые и хронические заболевания (в том числе различные пневмокониозы). Особенно вредны для здоровья радиоактивные аэрозоли (смотри в статье Горячие частицы), а также аэрозоли, содержащие болезнетворные микроорганизмы, токсичные химические вещества. Большую опасность представляют пожаро- и взрывоопасные пыли (например, угольная, мучная, древесная, хлопковая, алюминиевая), которые могут образоваться в угольных шахтах, а также на мукомольных, деревообрабатывающих, текстильных и других предприятиях, перерабатывающих сыпучие и пылящие материалы.

Существует много эффективных средств защиты от вредных аэрозолей: от промышленных воздушных фильтров и различного рода поглотителей (смотри Пылеулавливание, Туманоулавливание) до индивидуальных средств защиты (противогаз, противопылевой респиратор и пр.). В борьбе с высокодисперсными аэрозолями очень эффективен фильтр Петрянова - слой нетканого материала из тонких полимерных нитей, задерживающий аэрозольные частицы разного происхождения. Однако важнейшей проблемой современного производства, во многих случаях успешно решаемой, остаётся создание и освоение таких технологических процессов, при которых образование аэрозольных загрязнений было бы полностью исключено.

Процессы образования и разрушения аэрозолей в окружающем пространстве, в том числе космическом, никогда не прекращаются. За один год в аэрозольные частицы превращается около 20 тонн различных твёрдых и жидких веществ в расчёте на 1 км 2 земной поверхности. Аэрозольные частицы поступают в атмосферу с поверхности суши, открытых водоёмов, из космоса. Разрушение аэрозолей различного происхождения и состава происходит естественным путём или его вызывают искусственно. Основные процессы, приводящие к распаду аэрозолей, - седиментация укрупнённых аэрозольных частиц под действием гравитационных или центробежных сил и осаждение частиц на поверхности твёрдого тела или жидкости под действием сил притяжения молекулярной или электростатической природы, а также испарение частиц, если они образованы из летучих веществ.

Аэрозоли одного типа можно использовать для разрушения аэрозолей другого типа. Например, в угольных шахтах зоны образования вредной для здоровья и взрывоопасной угольной пыли орошают водным аэрозолем (обычно с добавками поверхностно-активных веществ), который получают с помощью специальных распылителей. Капельки воды захватывают угольные частицы и вместе с ними осаждаются на отбитый уголь, стенки выработки и другие поверхности, очищая окружающее воздушное пространство. Другой пример: искусственный вызов дождя путём распыления в атмосферные облака химических реагентов, инициирующих процесс укрупнения водяных микрокапель.

Лит.: Грин Х., Лейн В. Аэрозоли - пыли, дымы, туманы. Л., 1969; Руденко К. Г., Каминков А. В. Обеспыливание и пылеулавливание при обработке полезных ископаемых. 3-е изд. М., 1987; Петрянов Соколов И. В., Сутугин А. Г. Аэрозоли. М., 1989; Щукин Е.Д., Перцов А. В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М., 1992. С. 328-335; Зимон А. Д. Аэрозоли, или Джинн, вырвавшийся из бутылки. М., 1993.

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.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аэрозолем называется микрогетерогенная система, в которой частички твердого вещества или капельки жидкости взвешены в газе. Условное обозначение аэрозолей: Т/Г или Ж/Г.

Чтобы было ясно, насколько важным является этот вид дисперсных систем, приведем примеры аэрозолей. Космическое пространство, атмосфера Земли, воздух, которым мы дышим, -- все это аэрозоли. Аэрозоли возникают естественным путем, образуются искусственно и сопутствуют промышленному производству.

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. Споры плесени и дрожжей находят в атмосфере на высоте свыше 11 км. Аэрозоли биологического происхождения переносятся на огромные расстояния -- были отмечены случаи, когда споры грибов были обнаружены над Карибским морем 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. До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Все это -- аэрозоли, которые возникают естественным путем, без участия человека.

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

И, наконец, третья группа аэрозолей -- это 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 отметить, что в результате сгорания топлива ежегодно выбрасывается в атмосферу более 100 т твердых и 1 млн т газообразных веществ. Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядерного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.

Таковы основные источники образования аэрозолей. Ежегодно в среднем 1 км2 земной поверхности выбрасывает в атмосферу 20 т раздробленной массы, которая превращается в атмосферные аэрозоли.

Общая характеристика 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 и численная (частичная) концентрация.

Массовая концентрация -- масса всех взвешенных частиц в единице объема газа.

Численная концентрация -- число частиц в единице объема аэрозоля. Как бы ни велика была численная концентрация в момент образования аэрозоля, уже через несколько секунд она не может превышать 103 частиц/см3.

Классификация Аэрозолей

1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:

· туман (Ж/Г);

· дым, пыль (Т/Г);

· смог (Ж+Т)/Г = Smoke (дым) + fog (туман)

2. По дисперсности:

· туман (Ж/Г), 10-7

· дым (Т/Г), 10-9 < d < 10-5 м;

· пыль Т/Г, d > 10-5 м.

3. По методам получения:

· конденсационные;

· диспергационные.

Методы получения аэрозолей

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

из грубо-дисперсных систем (диспергационные методы),

из истинных растворов (конденсационные методы).

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.

Разрушение аэрозолей происходит путем

* рассеивания под действием воздушных течений или вследствие одноименных зарядов частиц;

* седиментации;

* диффузии к стенкам сосуда;

* коагуляции;

* испарения частиц дисперсной фазы (в случае аэрозолей летучих веществ).

Из очистных сооружений наиболее древним является дымовая труба. Вредные аэрозоли стараются выпускать в атмосферу как можно выше, так как некоторые химические соединения, попадая в приземный слой атмосферы под действием солнечных лучей и в результате разных реакций, превращаются в менее опасные вещества (на Норильском горно-металлургическом комбинате, например, трехканальная труба имеет высоту 420 м).

Однако современная концентрация промышленного производства требует, чтобы дымовые выбросы проходили предварительную очистку. Разработано много способов разрушения аэрозолей, но любой из них состоит из двух стадий:

первая -- улавливание дисперсных частиц, отделение их от газа,

вторая -- предотвращение повторного попадания частиц в газовую среду, это связано с проблемой адгезии уловленных частиц, формированием из них прочного осадка.

Практическое значение аэрозолей

Аэрозоли благодаря широкому распространению в природе и технике играют важную роль в жизни и деятельности человека.

Природные аэрозоли -- облака и туманы -- имеют огромное значение для метеорологии и сельского хозяйства, поскольку они определяют выпадение осадков и в значительной степени обусловливают климат того или иного района. Такие природные явления, как дождь или снег, гроза, радуга, целиком определяются наличием в атмосфере аэрозолей. Известную роль играют аэрозоли и в биологии -- пыльца растений, споры бактерий и плесени, а также легкие семена переносятся в природе в форме аэрозоля.

В производстве аэрозоли образуются при работе разного рода машин -- дробилок, мельниц, вальцов, просеивающих приспособлений и т. д. Выделяющаяся пыль загрязняет производство, попадая между трущимися частями машин, ускоряет их износ, создает антисанитарные условия для работы человека. Особенно вредна пыль, содержащая мельчайшие, острые осколки кварца. Продолжительное вдыхание такой пыли вызывает тяжелое, часто со смертельным исходом заболевание -- силикоз. Кварц, попадая в легкие в виде микроскопических острых осколков, разрушает ткань легких и способствует проникновению в организм разнообразных инфекций и, в частности, способствует заражению туберкулезом. Сходные заболевания вызывают аэрозоли окислов некоторых металлов, например окиси цинка.

В угольных шахтах образование пыли может служить причиной сильных взрывов. Опасность взрыва возможна на всех предприятиях, перерабатывающих в порошкообразном состоянии материалы, способные гореть, но в обычном виде вполне безопасные (мука, сахар, сера). Это объясняется тем, что благодаря огромной удельной поверхности дисперсной фазы, а значит, огромной площади ее соприкосновения с воздухом и малой теплопроводности аэрозоля, способствующей местному разогреванию, реакция окисления при сгорании дисперсной фазы аэрозоля идет с колоссальной скоростью, что приводит к взрыву. Взрывы аэрозолей опаснее, чем взрывы газов, так как переход от твердого или жидкого состояния вещества к газообразному сопровождается гораздо большим увеличением объема системы, чем при газовых реакциях.

Выше мы касались главным образом отрицательного значения аэрозолей, образующихся в производственных условиях. Однако в некоторых случаях аэрозоли играют положительную роль и их приходится специально получать особыми методами. Например, распыление до состояния аэрозоля или микрогетерогенной системы применяют при подаче твердого или жидкого топлива в топки. Получение аэрозоля краски или лака путем пневматического распыления с помощью специальных пульверизаторов широко используется для окрашивания различных поверхностей и предметов. Подобный же прием применяют и при металлизации поверхностей. Огромное значение имеет распыление инсектицидов, фунгицидов и гербицидов в сельском хозяйстве при борьбе с вредными насекомыми, грибками и сорняками. В медицине аэрозоли применяют для введения лекарственных веществ в организм путем ингаляции.

Особое значение аэрозоли имеют в военном деле при светомаскировке.

Практическое применение аэрозолей

Широкое использование аэрозолей обусловлено их высокой эффективностью. Известно, что увеличение поверхности вещества сопровождается увеличением его активности. Незначительное количество вещества, распыленное в виде аэрозоля, занимает большой объем и обладает большой реакционной способностью. В этом состоят преимущества аэрозолей перед другими дисперсными системами.

Аэрозоли применяются:

* в различных областях техники, в том числе в военной и космической;

* в сельском хозяйстве; « в здравоохранении;

* в метеорологии; в в быту и т. д.

В последнее время в фармацевтической практике широко применяют приготовление лекарственных форм в виде аэрозолей. Использование лекарственных веществ в виде аэрозолей удобно в тех случаях, когда нужна воздействовать препаратом на большие поверхности (острые заболеваний дыхательных путей, ожоги и т. п.). Большой эффект дают лекарственные формы, содержащие в своем составе жидкие пленкообразующие вещества. При распылении такого препарата на пораженный участок он покрывается тонкой, прозрачной пленкой, которая заменяет повязку.

Остановимся подробнее на применении аэрозольных упаковок.

В настоящее время насчитывается более 300 видов товаров в аэрозольных упаковках.

Первая группа: средства бытовой химии.

* Инсектициды -- препараты для уничтожения насекомых.

* Средства против моли.

* Инсектициды для обработки домашних животных.

* Средства защиты комнатных растений и плодово-ягодных культур от грибковых болезней и вредителей.

* Лаки и краски.

* Освежители воздуха.

в Полирующие и чистящие составы.

Вторая группа:

*парфюмерно-косметические средства. « Средства ухода за волосами (лаки, шампуни и т. д.).

* Пены и гели для бритья.

* Кремы для рук и ног.

* Масло для и от загара.

*Дезодоранты.

*Духи, одеколоны, туалетная вода.

Третья группа: медицинские аэрозоли.

Четвертая группа: технические аэрозоли.

* Смазочные масла.

* Антикоррозионные покрытия.

* Защитные пленки. « Сухие смазки.

*Эмульсии для охлаждения резцов на сверлильных станках.

Пятая группа: пищевые аэрозоли.

Свойства аэрозолей

Размеры частиц аэрозоля

Минимальный размер частиц определен возможностью существования вещества в агрегатном состоянии. Так, одна молекула воды не может образовать ни газа, ни жидкости, ни твердого тела. Для образования фазы необходимы агрегаты по крайней мере из 20-30 молекул. Самая маленькая частица твердого вещества или жидкости не может иметь размер меньше 1 * 10-3 мкм. Чтобы рассматривать газ как непрерывную среду, необходимо, чтобы размеры частиц были гораздо больше, чем свободный пробег молекул газа. Верхний предел размеров частиц строго не определен, но частицы крупнее 100 мкм не способны длительное время оставаться взвешенными в воздухе.

Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей

аэрозоль раствор седиментация коагуляция

Особенности молекулярно-кинетических свойств аэрозолей обусловлены:

* малой концентрацией частиц дисперсной фазы -- так, если в 1 см3 гидрозоля золота содержится 1016 частиц, то в таком же объеме аэрозоля золота менее 107 частиц;

* малой вязкостью дисперсионной среды -- воздуха, следовательно, малым коэффициентом трения (В), возникающего при движении частиц;

* малой плотностью дисперсионной среды, следовательно счаст » сгаза.

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

Рассмотрим самый простой случай, когда аэрозоль находится в закрытом сосуде (т. е. исключены внешние потоки воздуха) и частички имеют сферическую форму радиусом г и плотность р. На такую частицу одновременно действуют сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила трения прямо противоположного направления. Кроме того, частица находится в броуновском движении, следствием которого является диффузия.

Для количественной оценки процессов диффузии и седиментации в аэрозолях можно использовать значения

удельного потока диффузии iдиф и

удельного потока седиментации iсед.

Чтобы выяснить, какой поток будет преобладать, рассматривают их соотношение:

В этом выражении (р - р0) » 0. Следовательно, величина дроби будет определяться размером частиц.

Если r > 1 мкм, то iсед » iдиф, т. е. диффузией можно пренебречь -- идет быстрая седиментация и частицы оседают на дно сосуда.

Если r < 0,01 мкм, то iсед « iдиф. В этом случае можно пренебречь седиментацией -- идет интенсивная диффузия, в результате которой частицы достигают стенок сосуда и прилипают к ним. Если же частицы сталкиваются между собой, то они слипаются, что приводит к их укрупнению и уменьшению концентрации.

Таким образом, из аэрозоля быстро исчезают как очень мелкие, так и очень крупные частицы: первые вследствие прилипания к стенкам или слипания, вторые -- в результате оседания на дно. Частицы промежуточных размеров обладают максимальной устойчивостью. Поэтому, как бы ни велика была численная концентрация частиц в момент образования аэрозоля, уже через несколько секунд она не превышает 10 3 част/см3.

Электрические свойства аэрозолей

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

1. На частицах аэрозоля не возникает ДЭС, так как из-за низкой диэлектрической проницаемости газовой среды в ней практически не происходит электролитическая диссоциация.

2. Заряд на частицах возникает, главным образом, за счет неизбирательной адсорбции ионов, которые образуются в газовой фазе в результате ионизации газа космическими, ультрафиолетовыми или радиоактивными лучами.

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

4. Заряд частицы изменяется во времени как по величине, так и по знаку.

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

6. Специфическая адсорбция характерна для аэрозолей, частицы которых образованы сильно полярным веществом, так как в этом случае на межфазной поверхности возникает достаточно большой скачок потенциала, обусловленный поверхностной ориентацией молекул. Например, на межфазной поверхности аэрозолей воды или снега существует положительный электрический потенциал порядка 250 мВ.

Из практики известно, что частицы аэрозолей металлов и их оксидов обычно несут отрицательный заряд (Zn, ZnO, MgO, Fe203), а частицы аэрозолей неметаллов и их оксидов (SiO2, P2O5) заряжены положительно. Положительно заряжены частицы NaCl, крахмала, а частицы муки несут отрицательные заряды.

Агрегативная устойчивость. Коагуляция

В отличие от остальных дисперсных систем в аэрозолях отсутствует всякое взаимодействие между поверхностью частиц и газовой средой, а значит, отсутствуют силы, препятствующие сцеплению частиц между собой и с макроскопическими телами при соударении. Таким образом, аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми системами. Коагуляция в них происходит по типу быстрой коагуляции, т. е. каждое столкновение частиц приводит к их слипанию.

Скорость коагуляции быстро возрастает с увеличением численной концентрации аэрозоля.

Независимо от начальной концентрации аэрозоля через несколько минут в 1 см3 находится 108 -106 частиц (для сравнения -- в лиозолях ~ 1015 частиц). Таким образом, мы имеем дело с весьма сильно разбавленными системами.

Зависимость скорости коагуляции от увеличения численности концентрации аэрозоля

Начальная численная концентрация в 1 см3 Время, необходимее для уменьшения концентрации аэрозоля в 2 раза

1012 Доли секунды

106 Несколько суток

Заключение

Типы дисперсных систем, различающихся природой дисперсной фазы и дисперсионной среды:

суспензии (Т/Ж), эмульсии (Ж/Ж), пены (Г/Ж), аэрозоли (Ж/Г, Т/Г), порошки (Т/Г). Эти системы имеют много общего:

* частицы дисперсной фазы имеют размеры от 1 мкм и выше, т. е. указанные системы занимают промежуточное положение между коллоидными растворами и макросистемами;

* образование всех указанных систем возможно двумя путями: диспергационным и конденсационным;

* все указанные системы характеризуются наличием большой межфазной поверхности (до 1 м2/г), что обусловливает их термодинамическую неустойчивость -- стремление к укрупнению частиц дисперсной фазы; различают седиментационную и агрегативную устойчивость;

* агрегативная устойчивость и длительное существование дисперсных систем с сохранением их свойств обеспечивается введением стабилизаторов: низкомолекулярных электролитов, ПАВ, полимеров.

В зависимости от природы стабилизатора реализуются несколько факторов устойчивости:

* электростатический;

* адсорбционно-сольватный;

* структурно-механический;

* энтропийный;

* гидродинамический.

Наряду с общими свойствами каждая из дисперсных систем имеет свои особенности, которые были рассмотрены выше.

Литература

1) Химический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983.

2) Левченков С.И. Лекции по физической и коллоидной химии. М.: Просвещение, 2000.

3) Равич-Щербо М.И. Физическая химия. М.: Эксмо, 1999.

4) Агафонова Е.И. Практикум по физической и коллоидной химии. М.: Новая книга, 2001.

5) Петрянов И.В. Вездесущие аэрозоли. М. Педагогика, 1996.

6) Фукс Н.А.. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Эксмо, 2009.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Классификация аэрозолей. Электрические и оптические свойства аэрозолей в различных средах. Уравнение перевода частиц в аэрозольное состояние, методы разрушения аэрозолей. Определение порошков, их свойства и классификация. Коагезия, адгезия, аутогезия.

реферат , добавлен 22.01.2009


Сущность суспензий, их классификация, методы получения, устойчивость и сенсибилизация. Общая характеристика аэрозолей, их виды, получение и разрушение. Их практическое применение. Особенности порошков: получение, свойства, устойчивость и использование.

курсовая работа , добавлен 04.12.2010


Понятие дисперсной системы, фазы и среды. Оптические свойства дисперсных систем и эффект Тиндаля. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем. Теория броуновского движения и виды диффузии. Процесс осмоса и уравнение осмотического давления.

реферат , добавлен 22.01.2009


Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы и по агрегатным состояниям фаз. Условия для получения устойчивых эмульсий. Молекулярно-кинетические свойства золей, сравнение их с истинными растворами. Внешние признаки коагуляции.

контрольная работа , добавлен 21.07.2011


Молекулярно–кинетические свойства коллоидов. Связь между средним сдвигом и коэффициентом диффузии. Гипсометрический закон Лапласа. Кинетическая или седиментационная устойчивость коллоидно-дисперсных систем. Ньютоновские и структурированные жидкости.

реферат , добавлен 04.01.2011


Представления о нанообъектах. Общие подходы к топологии областей метастабильных состояний. Поиск полных областей существования метастабильных состояний произвольных систем полуэмпирическими методами. Оценка параметров получения наноразмерных аэрозолей.

курсовая работа , добавлен 29.02.2012


Виды устойчивости дисперсных систем. Лиофобные и лиофильные золи. Правила коагуляции электролитами. Виды коагуляции: концентрационная, нейтрализационная. Количественные характеристики коагуляции. Седиментация, диффузия и равновесное распределение частиц.

учебное пособие , добавлен 22.01.2009


Общая характеристика сварочных аэрозолей. Основные неорганические загрязнители воздуха рабочей зоны и их действие на организм человека. Методика фотометрического определения оксида хрома (VI), марганца, оксида железа (III) и озона в сварочном аэрозоле.

дипломная работа , добавлен 27.12.2012


Первые практические сведения о коллоидах. Свойства гетерогенных смесей. Соотношение между поверхностью коллоидной частицы и объемом коллоидной частицы. Своеобразие дисперсных систем. Особенности коллоидных растворов. Классификация дисперсных систем.

презентация , добавлен 17.08.2015


Виды устойчивости дисперсных систем и способность дисперсных систем образовывать агрегаты. Лиофобные и лиофильные золи. Сущность понятия седиментация и диффузия. Гипсометрический закон. Седиментационно-диффузионное равновесие и скорость седиментации.

Аэрозолями называются системы, состоящие из очень мелких, невидимых невооруженным глазом жидких или твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газообразной среде, чаще всего в воздухе. Аэрозоли встречаются в природе, например, в виде туманов – очень мелких капель воды во взвешенном состоянии в воздухе, и дымов – мелких твердых частиц различных веществ, диспергированных в воздухе. Помимо природных аэрозолей выделяют группу искусственных.

Аэрозольный метод использования тех или иных веществ дает быстрый эффект, экономию.

Чем объясняется высокая эффективность действия аэрозолей ?

Известно, что увеличение поверхности препарата сопровождается увеличением его активности. Известно также, что чем тоньше вещество распыляется, тем более значительную активную поверхность оно приобретает. Незначительное количество вещества, распыленное в виде тумана, занимает довольно большой объем. Для обеспечения желаемого действия распыленного вещества на определенный объект требуется рассчитать его количество, которое при распылении создаст необходимую концентрацию. Расход вещества при этом минимальный, а действие – мгновенное.

Подобные свойства присущи только аэрозольным системам , и в этом их основное преимущество перед другими состояниями вещества.

В бытовых условиях почти единственным средством получения жидких и порошкообразных аэрозолей является устройство, получившее повсеместное название «аэрозольная упаковка» .

Вещество в него упаковывается под давлением и распыляется при помощи сжиженных или сжатых газов. Такое распыление отличается от обычной пульверизации тем, что размеры частиц можно регулировать, изменяя соотношения распыляемого вещества и сжиженного газа в упаковке. Эта возможность обеспечивает максимальный эффект распыленного препарата в соответствующих условиях применения.

Так, медицинские препараты, инсектициды и другие вещества, которые должны обладать быстрым действием и некоторое время находиться во взвешенном состоянии, распыляют в виде мельчайших, невидимых человеческим глазом частиц.

Имеется еще одно различие между распылением вещества при помощи аэрозольной упаковки и обычным пульверизатором. Размеры частиц, полученных при помощи аэрозольной упаковки , в отличие от частиц, полученных обычной пульверизацией, колеблются в весьма небольших пределах.

Аэрозольная упаковка проста по устройству и всегда готова к применению. Она состоит из металлического (алюминиевого или жестяного), пластмассового или стеклянного баллона, клапанного устройства с распылительной головкой и сифонной трубкой и защитного колпачка. Колпачок предохраняет распылительную головку от нечаянного нажима.

Клапанное устройство состоит из целого ряда деталей.

Правда и вымысел об аэрозолях

Аэрозоли - это взвешенные в воздухе твердые или жидкие частицы размерами от 10 -7 до 10 -3 см. Твердые частицы, имеющие размер более 10 -3 см, относятся к пыли (см.). Аэрозоли из твердых частиц называются также дымами, а аэрозоли из жидких частиц - туманами. Аэрозоли классифицируют в зависимости от их природы (органические, неорганические), токсичности и , характера частиц (бактериальные) и других особенностей. Многие эрозолиа (токсические, радиоактивные, бактериальные и др.) могут оказывать вредное влияние на человека как непосредственно (вызывая различные заболевания), так и косвенно (уменьшая прозрачность , вызывая гибель зеленых насаждений).

Для индивидуальной защиты от вредных аэрозолей применяют специальные повязки, (см.), (см.) и костюмы. Для очистки воздуха от аэрозоли используют различные методы и технические устройства (фильтры, циклоны и др.). В связи с тем, что вредные аэрозоли попадают в организм в основном через органы дыхания и могут вызывать массовые заболевания, существенное значение имеют мероприятия по (см.) от промышленных и других загрязнений вредными веществами.

Аэрозоли широко применяют в различных областях медицины - аэрозольтерапия (см.), ингаляционная , и т. д. Аэрозоли получают с помощью специальных распылителей, генераторов, аэрозольных бомб и шашек.

Аэрозоли (греч. aer - воздух и нем. Sole, от лат. solutio - растворение, раствор) - дисперсные системы, состоящие из малых (10 -3 -10 -7 см) твердых или жидких частиц, взвешенных в воздухе или другой газообразной среде. Делятся на дымы (взвесь твердых частиц) и туманы (взвесь жидких частиц). Аэрозоли образуются в природных условиях (пыль, туман), при взрывах, размоле, шлифовке, химических реакциях, возгонке, создаются специально при помощи особых генераторов. Радиоактивные аэрозоли условно делят на «малоактивные» (активность частички менее 10 -13 кюри.), «полугорячие» (10 -13 -10 -10 кюри) и «горячие» (более 10 -10 кюри). По способу образования их подразделяют на естественные (образуются при распаде естественных радиоактивных веществ), бомбовые (при ядерных взрывах) и промышленные (в результате деятельности учреждений и предприятий, применяющих радиоактивные вещества и источники ионизирующего излучения). Около 90% аэрозолей в атмосфере имеют размер частиц менее 0,5 мк (чаще 0,005- 0,035 мк).

В воздухе рабочих помещений обычно преобладают частицы размером до 10 мк (40-90%- менее 2 мк).

При прочих равных условиях (степень токсичности и др.) гигиеническое значение аэрозолей определяется прежде всего степенью дисперсности (размером частиц) и весовой концентрацией (количеством частиц в единице объема воздуха). Характер и скорость оседания аэрозолей определяются метеорологическими условиями, размером и формой частиц, плотностью и др. Скорость оседания частиц, имеющих размеры более 5 мк, под влиянием силы тяжести (без учета турбулентности воздуха и влияния осадков) приближенно определяется законом Стокса. Частицы, имеющие размеры менее 5 мк, перемещаются в соответствии с законами броуновского движения и могут находиться в воздухе длительное время во взвешенном состоянии. 1 см 3 пылинок, диаметр которых равен 1 мк, имеет суммарную поверхность частиц порядка 6 м 2 . Этой огромной удельной поверхностью высокодисперсных аэрозолей во многом объясняется их высокая биологическая активность. Одно из важных свойств аэрозолей - наличие на их частицах электрических зарядов (положительных или отрицательных).

Аэрозоли находят широкое применение в медицине (ингаляционная иммунизация, аэрозольтерапия, дезинфекция, дезинсекция и дератизация, гигиенические и токсикологические исследования и т. п.), сельском хозяйстве (аэрозоли инсектифунгицидов и др.) и других областях науки и техники.

Для получения аэрозолей служат специальные распылители, генераторы, аэрозольные бомбы и аэрозольные шашки.

Наибольшее значение имеет действие токсических аэрозолей на органы дыхания. Как правило, аэрозоли с частицами значительных размеров (5-10 мк) задерживаются в бронхах, в альвеолы проникают только частицы меньших размеров. Частицы размером менее 0,2 мк мало задерживаются в альвеолах и почти полностью выводятся при выдохе. Несмотря на это, они могут представлять значительную опасность для здоровья. Аэрозоли, имеющие форму пластинок (слюда, полевой шпат) или волокон (стеклянное или минеральное волокно, текстильные волокна), могут проникать в альвеолы, имея большие размеры. Количество частиц аэрозолей, остающееся в легких, зависит от их особенностей и может достигать значительных величии (см. Пневмокониозы). Попадание в легкие «горячих» радиоактивных частиц может привести к очаговой некротизации клеток. По-видимому, возможно последующее злокачественное перерождение прилегающих тканей.

Для защиты от вредных аэрозолей применяются специальные респираторы (см.), противогазы (см.) и костюмы (см. Одежда защитная). Для очистки воздуха от аэрозолей применяется ряд специальных методов (см. Санитарная охрана атмосферного воздуха). См. также Пыль, Радиоактивные отходы.