Что такое аэрозоли в химии. Смотреть что такое "Аэрозоли" в других словарях

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.

В современной медицине лекарственные препараты выпускаются в различных формах, удобных для доставки действующего вещества к больному органу.

Одной из таких форм для наружного применения сегодня является спрей. Набрызгивание лекарственного состава на кожу, слизистую оболочку горла или другую пораженную зону позволяет равномерно нанести лекарство, не беспокоя больного прикосновениями и не рискуя внести инфекцию. Спрей является довольно новой формой лекарственных препаратов, и далеко не все потребители знают, что это такое и чем спреи отличаются от аэрозолей.

Что такое спрей?

Для местного применения спрей является одной из наиболее удобных форм, так как представляет собой дисперсию мельчайших твердых и жидких частиц лекарства в газовой среде.

Он используется для нанесения лечебных составов на поверхность кожи, раневую или ожоговую поверхность, на слизистые оболочки полости рта, носоглотки, вагины и т.д. Кроме того, спрей чрезвычайно удобен для ингаляций.

В чем разница между спреем и аэрозолем?

Иногда даже врачи не совсем уверенно различают спреи и аэрозоли. Между тем, разница имеется, и достаточно заметная. Основное отличие между ними заключается в способе извлечения препарата из флакона:

— в аэрозоле лекарство поступает наружу благодаря избыточному давлению внутри баллона, после открытия выпускного клапана;

— спрей подается путем механического выжимания поршневым микронасосом мелкодисперсной взвеси препарата в воздухе, при этом внутри флакона давление приближается к обычному атмосферному давлению.

Разница заключается и в размере частиц диспергированного вещества: в аэрозоле их диаметр составляет от 1 до 5 мкм, в спрее – от 10 до 50 мкм, причем их скорость невысока. Поэтому выпускное отверстие флакона спрея следует располагать ближе к поверхности кожи, чем при распылении аэрозоля из баллончика.

Преимущества спреев как лекарственной формы

Спрей оказался чрезвычайно эффективной и удобной лекарственной формой наружного, местного интраназального действия, обладающей широким рядом достоинств.


— Распыленный на больное или пораженное место, спрей оказывает чрезвычайно быстрый терапевтический эффект. Скорость воздействия и действенность лекарства в ряде случаев сравнима с внутривенной инъекцией.

— Дисперсная форма повышает химическую и фармакологическую активность лекарства, что дает возможность обходиться более низкими дозами действующего вещества. Это, в свою очередь, обеспечивает щадящий эффект лечения.

— Благодаря микроскопическим размерам частицы лекарства намного легче проникают в складки, полости и карманы дыхательных путей, впитываются поверхностью кожи и слизистыми оболочками.

— Спрей может применяться в тех случаях, когда пероральный способ приема лекарств не дает нужного эффекта, поскольку действующее вещество разрушается желудочным соком.

— Распыление лекарственного состава уменьшает негативные побочные эффекты от его воздействия на организм.

— До распыления лекарство находится в стерильном, чистом состоянии в герметично закрытом флаконе. Препарат не пересыхает и не вбирает в себя влагу воздуха, находясь в той форме, которую фармацевты сочли оптимальной для воздействия на организм больного.

— При помощи дозирующего клапана лекарство распыляется точно отмеренными порциями, исключающими передозировку.

— Удобный и быстрый способ применения доступен практически каждому больному, независимо от его физического состояния.

Следует заметить, что обычно аэрозоли более активно способствуют проявлению побочных эффектов лечения, чем спреи. В то же время они распыляют препарат наиболее мелкими частицами, что в некоторых случаях является важным фактором лечения.

Благодаря отсутствию специального газа-носителя, характерного для аэрозоля, спреи более приятны на вкус, если речь идет о лекарствах для верхних дыхательных путей. Прозрачный флакон позволяет видеть, сколько препарата осталось неиспользованным и каково его качество: не появился ли осадок или помутнение состава.


В настоящее время спрей является оптимальной, наиболее практичной и эффективной формой применения лекарственных средств наружного применения. Многие препараты, ранее выпускавшиеся в виде аэрозолей, сегодня переведены в форму спреев, что не замедлило позитивно сказаться на интенсивности их продаж.

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.

К конденсационным относятся и аэрозоли, образующиеся при , химических и фотохимических реакциях в газовой фазе, например при получении Si и Ti термическим гидролизом их в пламени. Важнейший из таких аэрозолей - смог, возникающий в атмосфере в результате фотохимических реакций между газообразными примесями под действием интенсивного солнечного освещения. Особенность продуктов химических реакций - возможность каталитического действия конденсированных частиц на превращение исходных веществ. Конденсационные аэрозоли могут образоваться также вследствие испарения тел, в том числе в результате воздействия и лазерного излучения, с последующей конденсацией паров.

Диспергационные аэрозоли с твердыми частицами (пыли) образуются в атмосфере в природных условиях, а также при в шахтах, пересыпании порошков (муки, мела) и т.п. Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой (иногда их называют спреями) возникают при распаде струй или пленок жидкости, например при распылении жидкого в двигателях внутреннего сгорания. Важные практические случаи образования жидких аэрозолей - распыление под воздействием расположенного в ней источника акустических колебаний, разрушение струй при воздействии поля электрического потенциала.

Часто возникают смешанные аэрозоли, состоящие из частиц различного происхождения. Так, при взрывном разрушении происходит, как правило, диспергирование вещества и его испарение с последующей конденсацией паров и образованием аэрозолей.

Основные характеристики. Дисперсионную среду характеризуют химическим составом, температурой, давлением, степенью ионизации, параметрами внешних физических полей, полем скоростей течения, наличием турбулентности и ее параметрами, наличием и величиной градиентов температуры и компонентов. Важнейшие параметры дисперсной фазы аэрозоли - объемная доля частиц и их массовая доля , число частиц в единице объема (счетная концентрация) n р, средний размер частицы d p и ее электрический заряд. Параметры дисперсной фазы атмосферных аэрозолей при нормальных температуре и давлении составляют: d p 5*10 8 -10 -2 см, п р 1-10 8 см -3 , 10 -18 -10 -1 , 10 -19 В верхних слоях атмосферы п р = 10 5 -10 14 см -3 , 10 -19 -10 -33 , Наряду с усредненными величинами дисперсную фазу характеризуют распределением частиц по размерам и по величине электрического заряда (последнее даже для монодисперсных аэрозоли). Если вещество дисперсной фазы радиоактивно, необходимо знать также удельную активность частиц.

Взаимодействие между дисперсной фазой и дисперсионной средой определяется процессами переноса массы, энергии, импульса, электрического заряда и др., а также явлениями на границе раздела фаз. Процессы переноса описываются уравнениями, конечный вид которых зависит от числа Кнудсена Кп = , где -длина свободного пробега газовых молекул, d p - диаметр частицы аэрозоля При Кп 1 и, следовательно, d p дисперсионная среда может рассматриваться как сплошная; в этом случае говорят о континуальном режиме процессов переноса Если Кп 1, аэрозоли можно рассматривать как смесь двух газов, молекулы одного из которых - частицы аэрозоля - намного тяжелее дисперсионной среды. В такой системе процессы переноса описываются с помощью уравнений газокинетической теории (так называемый свободномолекулярный режим). Наконец, при Кп 1 (диаметр частиц при атмосферном давлении 0,01-1,0 мкм) процессы переноса рассчитываются приближенными методами динамики разреженных (переходный режим). Точность уравнений, описывающих процессы переноса в свободномолекулярном и континуальном режимах на границах указанного интервала размера частиц, определяющего значения Кп, составляет около 10%. На процессы переноса в аэрозоли влияет движение частиц относительно среды под действием внеш. сил или по инерции; оно характеризуется числом Маха Ма= , где и р -скорость частиц относительно среды, -скорость теплового движения среды. При анализе характера переноса импульса вместо числа Маха часто используют число Рейнольдса Re = 4Ma/Kn.

Свойства Важнейшие свойства аэрозолей - способность частиц сохраняться во взвешенном состоянии, перемещаться преим. как единое целое и при столкновении прилипать друг к другу или к какой-либо поверхности с вероятностью, равной единице. В покоящейся среде частицы аэрозоли поддерживаются во взвешенном состоянии в поле гравитации благодаря их собств. тепловому движению, энергия которого для частиц любой массы равна 3 / 2 kT, где k - постоянная Больцмана, T - абсолютная температура, и вследствие обмена энергией с молекулами среды. Распределение частиц по высоте обычно характеризуют параметром (перреновской высотой), где

Ускорение силы тяжести, -масса частицы. Для достаточно малых частиц, когда Н р намного превосходит их линейный размер, энергии теплового движения достаточно для поддержания частиц во взвешенном состоянии даже в отсутствие дисперсионной среды. Если же размер частиц сравним с Нр или больше него, то для поддержания частиц во взвешенном состоянии необходима дополнительная энергия, получаемая при соударениях с молекулами среды. Соотношение между двумя этими видами энергии характеризуется числом Шмидта , где -концентрация газовых молекул, - длина их свободного пробега. При Sc 10 5 имеет значение лишь обмен энергией между частицами и средой. При 10 7 D pT и среды D T . Величина называют степенью обтекания, - степенью увлечения частиц. Способность частиц аэрозоли сохраняться во взвешенном состоянии без приложения возмущающего воздействия к дисперсионной среде отличает аэрозоли от псевдоожиженного (кипящего) слоя, который также является двухфазной системой с газовой дисперсионной средой.

Частицы аэрозоли могут смещаться относительно среды, главным образом под действием внешних полей, например поля силы тяжести, в котором частицы оседают, а также сил инерции (если среда движется ускоренно), градиентов температур и концентраций. Скорость движения частиц определяется внеш. силой и силой сопротивления среды движению частиц. В большинстве случаев эти силы уравновешивают друг друга, и частицы движутся с постоянной скоростью; лишь в средах с сильной турбулентностью и в акустических полях движение ускоренное. Отношение скорости v стационарного движения частицы к действующей на нее силе называют подвижностью частицы В. В континуальном режиме , где - вязкость среды (формула Стокса). Эта формула позволяет рассчитывать В с точностью до 10% при Кп > 0,1 и Re А 1 Кп), где A 1 - эмпирическая постоянная. В свободномолекулярном режиме при Кп > 10 В = (Ai + Q/3) (формула Эпштейна), где Q - др. эмпирическая постоянная. В переходном режиме для расчета В предложен ряд эмпирических формул, из которых наиболее распространена формула Милликена: , где b- эмпирическая постоянная. Для капель масляного тумана, например, в формуле Эпштейна (А 1 + Q) = 1,154, в формуле Милликена A 1 = 1,246, Q = 0,42, b = 0,87. Значение В определяет коэффициент тепловой диффузии частиц D = kTB, наз. иногда коэффициентом броуновской диффузии.

При наличии в дисперсионной среде градиентов температуры или частицы аэрозоли движутся даже при отсутствии внеш. сил; соответствующие явления называют термо- и диффузиофорезом. В свободномолекулярном режиме термофорез аналогичен термодиффузии; в континуальном режиме он обусловлен тангенциальной силой, действующей на частицу вследствие возникновения потока газа (термического скольжения) вблизи неоднородно нагретой поверхности частицы. Частный случай термофореза - фотофорез: движение частиц под действием светового облучения. Этот эффект обусловлен неравномерным нагревом частиц и среды, главным образом из-за различной их способности отражать и поглощать свет. Диффузиофорез, обусловленный градиентом при постоянном полном давлении, происходит, например, вблизи поверхностей или конденсации.

Частицы аэрозоля размером менее 1 мкм всегда прилипают к твердым поверхностям при столкновении с ними. Столкновение частиц друг с другом при броуновском движении приводит к коагуляции аэрозоля. Для монодисперсных аэрозолей со сферическими частицами скорость коагуляции dn/dt= - Кп 2 , где n - число частиц в единице объема, К -т. наз. коэф. броуновской коагуляции. В континуальном режиме К рассчитывают по формуле Смолуховского , в свободномолекулярном - по формуле , где и р -средняя скорость теплового движения аэрозольных частиц, -коэффициент, учитывающий влияние межмолекулярных сил и для различных веществ имеющий значение от 1,5 до 4. Для переходного режима точных формул для вычисления К не существует. Помимо броуновского движения коагуляция аэрозоли может иметь и другие причины. Так называемая градиентная коагуляция обусловлена разностью скоростей частиц в сдвиговом потоке; кинематическая - различной скоростью движения частиц относительно среды (напр., в поле гравитации); турбулентная и акустическая - тем, что частицы разного размера сближаются и сталкиваются, будучи в разной степени увлечены пульсациями или звуковыми колебаниями среды (последние две причины существенны для инерционных частиц размером не менее 10 -6 м). На скорость коагуляции влияет наличие электрического заряда на частицах и внешние электрические поля.

Аэрозольные частицы способны приобретать электрический заряд, если они образуются конденсацией на ионах. Незаряженные частицы могут захватывать газовые ионы, направленно движущиеся к частицам во внешнем поле или диффундирующие в среде. Диспергационные частицы могут приобретать заряд и в процессе образования - при разбрызгивании жидкостей (баллоэлектрический эффект) или распылении порошков (трибоэлектрический эффект), при освещении (фотоэффект), радиоактивном распаде и т.п. В аэрозолях, образующихся при высокой температуре, например при испарении и последующей конденсации паров, заряды на частицах возникают также в результате термоэлектронной или термоионной эмиссии.

Аэрозоли обладают ярко выраженным рассеянием света, закономерность которого определяется диапазоном значений параметра , где - длина волны излучения. При > 1 сечение светорассеяния возрастает с уменьшением размера частиц. С уменьшением сечение становится пропорциональным . Поэтому высокодисперсные частицы рассеивают видимое, а тем более ИК-излучение слабо. При фиксированном размере частицы сечение светорассеяния убывает пропорционально , При рассеянии света частицами аэрозоли меняется состояние поляризации излучения. Измерения светорассеяния и состояния поляризации рассеянного света используют для определения размеров частиц и распределения по размерам. См. Также