Файл: Аэрозоли.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Реферат

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.10.2023

Просмотров: 565

Скачиваний: 12

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 Определение и классификация аэрозолей

2 Образование аэрозолей Согласно классификации, применяемой ко всем дисперсным системам, рассмотрим два основных способа образования аэрозолей: конденсационный, в котором частицы коллоидных размеров образуются путем агрегации молекул, и дисперсионный, в котором мелкие частицы образуются путем дробления вещества. Образование аэрозолей при конденсации. Конденсация паров — наиболее распространенный способ образования аэрозолей. Пар высокой концентрации, находящийся в воздухе или инертном газе, охлаждается при разбавлении его холодным воздухом или быстром расширении до тех пор, пока не станет пересыщенным и не начнет конденсироваться, образуя аэрозоль из жидких или твердых частиц. Примером образования конденсационных аэрозолей может служить возникновение облаков при подъеме теплого влажного воздуха в холодные верхние слои атмосферы. В лаборатории получают конденсационные аэрозоли путем возгонки многих неорганических и органических веществ. В большинстве случаев процесс, приводящий к пересыщению, например, смешение холодного и теплого воздуха в атмосфере или расширение и охлаждение газообразных продуктов горения, происходит одновременно с конденсацией, и степень пересыщения в различных точках системы в любой момент неодинакова. Пар может конденсироваться на стенках сосуда, на частицах пыли или атмосферных ядрах конденсации, на ионах, содержащихся в паре или нейтральном газе, на полярных молекулах, например серной кислоты, а при очень большом пересыщении — на молекулах или молекулярных агрегатах самого пара. Для конденсации на каждом типе этих ядер требуется различная степень пересыщения.Коагуляция, непрерывно происходящая в аэрозоле с самого начала конденсации (если не принять особых мер для ее подавления), значительно усложняет процесс. Поэтому нет ничего удивительного в том, что прямых данных о самых ранних стадиях образования частиц очень мало. Для точного определения условий конденсации пересыщенного пара необходимо наличие определенной степени пересыщения, одинаковой во всем объеме системы. При этом пересыщение не должно уменьшаться за счет диффузии пара к стенкам сосуда. Такие условия недостижимы на практике, но в камере Вильсона, сконструированной в 1897 году специально для этой цели, они выполняются достаточно хорошо. Многие исследователи вслед за Вильсоном определили визуальным методом степень пересыщения, необходимую для начала спонтанной конденсации различных паров, а также для конденсации на ядрах различных типов.Спонтанная конденсация пересыщенного пара. Рассмотрим каплю радиуса г из жидкости с молекулярным весом М, плотностью р и поверхностным натяжением γ. Предположим, что капля окружена паром с парциальным давлением р, а равновесное давление пара над плоской поверхностью жидкости равно . Отношение р/ называется пересыщением. Согласно известному уравнению Томсона — Гиббса, капля находится в равновесии с паром, если (2.1)где R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура. Ла Мер и Грин экспериментально подтвердили применимость этого уравнения для капель радиусом 0,08—1,0 мк.Для каждой степени пересыщения существует определенный критический радиус . Более мелкие капли испаряются, а более крупные — растут. Конденсация может происходить только тогда, когда в паре присутствуют ядра, радиус которых больше определяемого уравнением. Был сделан вывод, что ядрами конденсации являются зародыши определяемого уравнением (2.1) размера, представляющие собой молекулярные агрегаты, образующиеся при флуктуациях концентрации пара. Большинство этих агрегатов снова распадается, но некоторые продолжают расти и превращаются в ядра конденсации критической величины.Образование аэрозолей на посторонних частицах– нерастворимые ядра Если в паре присутствуют твердые посторонние частицы, поверхность которых смачивается конденсирующейся жидкостью, это облегчает конденсацию. Проще всего объяснить это явление тем, что на поверхности частиц адсорбируется тонкая пленка пара. Поэтому в дальнейшем частицы ведут себя как капельки той же величины, и критическое пересыщение зависит от размеров частиц согласно уравнению Томсона-Гиббса. Но это объяснение правильно лишь отчасти: если бы размер посторонних частиц был единственным фактором, определяющим их свойства в качестве ядер конденсации, то пар мог бы конденсироваться и без таких частиц, и в отсутствие заметного пересыщения на стенках сосуда, поскольку стенки можно считать практически плоскими (r = ∞). Из фольмеровской теории конденсации на плоской поверхности следует, что критическое пересыщение (для определенной скорости образования капелек) должно возрастать с увеличением краевого угла, образуемого жидкостью на данной поверхности. В дальнейшем Флетчер доказал, что частицы могут быть эффективными ядрами конденсации лишь в том случае, если они не только достаточно велики, но и в достаточной степени смачиваемы.Важна также структура поверхности. Крупные ямки и выступы на гладкой поверхности будут снижать критическое пересыщение, а очень мелкомасштабные неоднородности, такие как сдвиги решеток на поверхностях кристаллов, могут служить местами предпочтительной конденсации, но, вероятно, не могут заметно изменить величину критического пересыщения. Вещество с хорошими льдообразующими свойствами должно, кроме того, обладать незначительным поверхностным зарядом и небольшой гидрофобностью, то есть вода должна давать умеренный краевой угол на веществе. – растворимые ядра Если ядра состоят из вещества, растворяющегося в конденсирующейся жидкости, то давление пара этой жидкости понижается, а следовательно, уменьшается и пересыщение, необходимое для начала конденсации. Если раствор и чистый растворитель имеют одинаковую кривизну поверхности, то давление пара над раствором меньше на величину δр, которая определяется по уравнению: (2.2)где N — число молей растворенного вещества на 1000 г раствора, а С — величина, зависящая от природы растворяемого вещества и почти не зависящая от его концентрации. Если в капле радиусом г и плотностью р содержится m граммов растворенного вещества с молекулярным весом М, то (2.3)и следовательно, (2.4)Тогда условие равновесия давления пара над поверхностью капли может быть записано в виде: (2.5)Это уравнение является основным для конденсации паров воды на ядрах конденсации в атмосфере.Образование аэрозолей при смешении газовых потоков, содержащих пары и имеющих разную температуру.Аэрозоли нередко образуются в природе, в лабораториях и в промышленности путем смешения двух потоков газа, содержащих пар вещества и настолько различающихся по температуре, что при их смешении создается пересыщение. В простом случае полного смешения данных объемов двух газов температура и концентрация пара в образующейся смеси и степень пересыщения могут быть рассчитаны по уравнениям теплового и материального балансов. Если и — парциальные давления пара в обоих газах, п — отношение молярных концентраций обоих газов в смеси, а р и Т — парциальное давление пара в смеси и ее абсолютная температура, то степень пересыщения S может быть рассчитана по уравнению: (2.6)где — выражение Клаузиуса для давления насыщенного пара . Значение Т определяется из аналогичного уравнения: ­­­­­­­ (2.7)Где b– отношение молярных удельных теплоемкостей обоих газов.Получение аэрозолей путем химического взаимодействия в газовой фазеНекоторые газы и пары взаимодействуют друг с другом с образованием продуктов, имеющих при обычных температурах низкое давление пара. Так образуется дым NH Cl при взаимодействии НСl и NH или туман H SO при взаимодействии паров SO и воды. Поскольку газы состоят из свободных молекул, то и реакция должна происходить между последними, и только что возникший продукт реакции также должен находиться в виде свободных молекул. Из них путем агрегации и конденсации образуются очень мелкие жидкие или твердые первичные частицы, скорость возникновения которых определяется степенью пересыщения продукта реакции. Таким образом, образование тумана или дыма при химическом взаимодействии газообразных веществ является по существу конденсационным процессом. При получении гигроскопичных аэрозолей конденсация начинается с взаимодействия пара вещества с атмосферной влагой. При этом образуются гигроскопичные ядра, на которых вода продолжает конденсироваться до тех пор, пока давление пара образованного таким образом раствора не придет в равновесие с парциальным давлением водяного пара в атмосфере. Тепло, выделяющееся в ходе экзотермичных реакций и разбавления растворов, рассеивается, а благодаря весьма малой величине первичных частиц быстро устанавливается химическое и физическое равновесие. На самой ранней стадии процесса увеличение весовой концентрации аэрозолей, например при возрастании относительной влажности воздуха, приводит не к укрупнению отдельных частиц, а к увеличению их числа. Однако спустя очень короткое время основным фактором, определяющим размер частиц, становится коагуляция, скорость которой пропорциональна квадрату числа частиц в единице объема и поэтому тем больше, чем выше весовая концентрация аэрозоля. Образование аэрозолей при горенииОсновной механизм образования дыма при горении также заключается в конденсации пара, но вследствие высоких температур и быстрого протекания процесса проанализировать его детально невозможно. В зоне реакции молекулы сталкиваются между собой, образуя ядра, из которых путем захвата других молекул вырастают первичные частицы. Можно различить два типа таких частиц: а) кристаллические первичные частицы, образующиеся в том случае, когда отношение энергии активации диффузии молекул к фактору kТ достаточно мало и возможна перегруппировка молекул в кристаллическую форму, и б) аморфные первичные частицы, образующиеся в условиях, когда это отношение слишком велико, чтобы допустить такую перегруппировку. Первичные частицы, возникающие при сжигании полоски магния на воздухе, имеют почти идеальную кубическую форму кристаллов окиси магния. В оптическом микроскопе они не видны, но легко различимы в электронном микроскопе. С другой стороны, первичные частицы сажи, как показывает электронная микрофотография, имеют почти сферическую форму и аморфное строение. Но в любом случае, после того как частицы покинут зону реакции, начинается коагуляция и образование агрегатов. Например, частицы сажи, получающиеся при неполном сгорании, образуют длинные цепочки. При сжигании различных видов топлив возникают сложные аэрозоли. Получение аэрозолей путем диспергирования жидкостейВ описанных выше конденсационных методах получения аэрозолей коллоидно-дисперсная фаза возникала из молекулярно-дисперсной (газообразной) фазы. В диспергационных же методах происходит разделение сравнительно больших объемов твердых или жидких тел на частицы коллоидных размеров. Сообщаемая жидкости энергия заставляет ее принять неустойчивую форму и распадаться на капли; твердое тело диспергируется на мелкие частицы. Процесс распыления жидкостей интенсивно исследовался в связи с конструированием и эксплуатацией форсунок, широко используемых в промышленности, однако физические его основы еще не вполне выяснены и механизм распыления еще не поддается дальнейшего применения аэрозолей в промышленности, медицине и сельском хозяйстве. При распылении жидкостей энергия главным образом затрачивается на: а) образование новой поверхности, б) преодоление сил вязкости при изменении формы жидкости и в) потери, обусловленные неэффективной передачей энергии жидкости. Энергия, необходимая для образования новой поверхности при разделении жидкости на капли радиусом r, равна 3γ/rρ на 1 г. Для капель воды диаметром 1 мк это составляет 0,43 Дж. Кроме того, требуется еще некоторое добавочное количество энергии, обусловленное тем обстоятельством, что создаваемая в процессе распыления жидкости поверхность больше конечной поверхности образовавшихся капель. Процесс образования капель протекает очень быстро, порой в течение нескольких микросекунд. При этом скорость деформации жидкости очень велика и количество энергии, затрачиваемой на преодоление сил вязкости, должно быть значительным. Если предположить, что вязкая жидкость вытягивается в тонкую нитку или пленку, которая распадается затем под действием поверхностного натяжения, образуя капли со средним диаметром равным толщине нити, то можно рассчитать минимальную работу, необходимую для изменения формы жидкости. По Монку, это можно сделать, приняв, что жидкость входит в широкий конец конической переходной области, равномерно ускоряется в ней и покидает ее в виде нити. Минимальная энергия, рассеиваемая в единице объема жидкости, равна (2.8)здесь и — диаметры начала и конца конической переходной области; L — ее длина; R — объемная скорость течения жидкости; η — вязкость. Методы распыления жидкостейПрименяемые при получении туманов диспергационными методами распылители жидкостей можно разделить на три основные группы. К первой, имеющей особенное значение для тонкого распыления жидкостей, относятся пневматические или аэродинамические распылители, в которых вытекающая из сопла жидкость дробится движущимся с большой скоростью воздухом или иным газом. С этим методом распыления мы встречаемся в обычных краскораспылнтельных пистолетах, форсунках Вентури и многочисленных распылителях, служащих для получения инсектицидных, дезинфицирующих и лекарственных туманов. Для этих распылителей характерен очень широкий диапазон размеров капель, который в некоторых случаях можно сузить, улавливая более крупные капли в самом распылителе. В распылителях второй группы жидкость подается на центр вращающегося диска или опрокинутого конуса и сбрасывается в распыленном состоянии с его краев под действием центробежных сил. Получаемый при этом туман характеризуется значительно большей монодисперсностью, чем при других методах распыления жидкостей. В третьем, гидравлическом или гидродинамическом, методе жидкость продавливается под большим давлением через сопло. Здесь дисперсность получаемых капелек в большей степени зависит от физических свойств жидкости и условий ее течения через сопло, чем от взаимодействия между жидкостью и окружающим газом. По-видимому, наиболее удачным распылителем гидравлического типа и, пожалуй, единственным, нашедшим применение для тонкого распыления жидкостей, является центробежная форсунка с вихревой камерой, применяющаяся в сельскохозяйственных опрыскивателях, при распыления жидкого топлива и в двигателях внутреннего сгорания. Здесь жидкость вводится в камеру, закручивается в ней и выпускается через небольшое центральное отверстие. Помимо этих трех главных типов имеются еще два менее известных типа распылителей специального назначения. Это — распылители, диспергирующие жидкость при помощи электростатических сил, и акустические распылители, в которых распыление происходит под действием высокоинтенсивных звуковых или ультразвуковых колебаний. Образование аэрозолей путем диспергирования твердых тел и распыления порошковАэрозоли, которые мы условились называть пылями, образуются либо путем диспергирования твердых тел, либо путем распыления порошков. Примерами первой группы могут служить пыли, образующиеся при измельчении горных пород и минералов путем дробления, размола, бурения и взрыва. Ко второй группе следует отнести характерные для пустынь природные атмосферные пылевые облака, а также аэрозоли, искусственно создаваемые человеком из инсектицидных порошков. Твердое тело можно механически измельчить, прилагая к нему срезывающие и растягивающие усилия, которые разрушают его путем раскалывания или растрескивания по плоскостям спайности. В некоторых минеральных пылях можно обнаружить два класса частиц: небольшие осколки материала и мелкие частицы, отрывающиеся от только что возникающих поверхностей вследствие образования микротрещин. При механическом измельчении невозможно получить частицы, размер которых меньше некоторого минимального. После достаточно продолжительного измельчения материала дальнейшие усилия уже не изменят распределения частиц полученного порошка по размерам. Возможно, некоторые из образующихся при тонком измельчении частиц, вновь соединяются друг с другом и с более крупными частицами с той же скоростью, с какой они образуются, и таким образом устанавливается некое динамическое равновесие Ударные волны, создаваемые с помощью взрывчатых веществ, казалось бы, должны особенно эффективно дробить твердые тела на мельчайшие частицы, однако в действительности размеры частиц в пылях, образующихся при детонации взрывчатых веществ, помещенных внутри горной породы или на ее поверхности, мало отличаются от размеров частиц, образующихся при обычном измельчении тел. Правда, в пыли, образующейся при взрывных работах в шахтах, присутствует значительное число очень мелких частиц, но из электронномикроскопических снимков видно, что они имеют сферическую форму, и это наводит на мысль, что многие из них представляют собой частицы дыма, образовавшиеся из самого взрывчатого вещества. Хотя при взрывах осколков образуется больше, чем при обычном измельчении, однако размеры мельчайших частиц близки к размерам частиц промышленных пылей. Образование аэрозолей возможно также в результате взрывоподобного разрушения твердых тел выделяющимися внутри них газами. Невероятно большое количество тонкодисперсной пыли, выбрасываемой в атмосферу при некоторых извержениях вулканов, видимо, образуется именно этим путем. При выходе магмы, насыщенной парами и газами при высоких давлениях в глубине земли, на поверхность давление внезапно сбрасывается — и она взрывается с огромной силой. Частицы многих пылей и тонких порошков легко агрегируют. Поэтому, хотя и возможно создать облако пыли, продувая воздух через порошок, большинство взвешенных частиц будет представлять собой агрегаты (если только не приняты специальные меры для их дезагрегации). Адгезия мелких частиц друг к другу и к гладким твердым поверхностям частично объясняется действием сил Лондона — Ван-дер-Ваальса, то есть слабых аттракционных сил, действующих между любыми молекулами. Хотя эти силы очень малы и убывают пропорционально 7-ой степени расстояния между молекулами, адгезия между двумя мелкими частицами (содержащими миллионы молекул) может иметь заметную величину. Порядок величины силы адгезии можно определить, интегрируя молекулярные аттракционные силы по всем взаимодействующим парам молекул в обеих частицах. Таким путем было найдено, что сила адгезии между двумя твердыми шариками с диаметрами и равна: (2.9)где х — величина зазора между шариками, а А — постоянная, теоретически равная

3 Морфологические свойства аэрозольных частиц

4 Элементы механики аэрозолей

4.1 Скорость падения частиц

4.2 Броуновское движение и диффузия

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Министерство здравоохранения Российской Федерации

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»


Реферат

по дисциплине: «Коллоидная химия»

на тему: «Аэрозоли»

Выполнила:

студентка 3 курса, гр. 304, ФФЗ

Петрова Анна Геннадьевна
Проверил:

д.б.н., доцент

Иванов Иван Иванович


г. Иркутск 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 Определение и классификация аэрозолей 4

2 Образование аэрозолей 9

3 Морфологические свойства аэрозольных частиц 18

4 Элементы механики аэрозолей 21

4.1 Скорость падения частиц 22

4.2 Броуновское движение и диффузия 23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 28


ВВЕДЕНИЕ


Наука об аэрозолях (раздел коллоидной химии) граничит с физической химией, физикой, химией, с оптикой, метеорологией, сельскохозяйственными и военными дисциплинами, медициной. Для ее успешного развития создаются математические методы исследования, разрабатываются сложнейшие приборы, способные изучать аэрозоли даже на других планетах. От успешного развития учения об аэрозолях зависит решение множества проблем, даже и таких которые определяют возможность дальнейшего существования самой жизни на нашей планете, так как нет ни одной стороны жизни и деятельности человека, которая не зависела бы от аэродисперсных систем.

Однако эта область науки остается малоизвестной. Несмотря на то, что аэрозоли широко распространены в природе и непрерывно образуются в результате человеческой деятельности, научное их исследование началось сравнительно недавно. Во второй половине XIX века несколько крупных физиков и математиков, заинтересовавшихся специфическими свойствами аэродисперсных систем, занялись их изучением. Стокс вывел формулы для сопротивления вязкой среды движению частиц, качественное исследование рассеяния света дисперсными системами, предпринятое Тиндалем, и количественное исследование того же явления, принадлежащее Релею, изучение атмосферных ядер конденсации Айткеном – примеры исследований, послуживших фундаментом дальнейшего исследования физики аэрозолей. Однако в начале 20 века работа в этом направлении замедлилась в связи с возникновением новой физики. Но
нужды промышленности, медицины (профилактики и терапии), сельского хозяйства и метеорологии настоятельно требовали изучения различных аспектов аэродисперсных систем. Во время первой и, особенно, второй мировой войны были предприняты обширные исследования химии и физики аэрозолей, в особенности дымовых завес; в результате, за сравнительно короткий срок в этой области были достигнуты большие успехи.

Дымы и пыли в городах и промышленных центрах представляют серьезную угрозу здоровью населения. Поэтому возникла потребность в разработке новых методов, необходимых для основательного научного исследования промышленных аэрозолей. В атомной промышленности приобрели большое значение радиоактивные аэрозоли, по своим общим свойствам не отличающиеся от обычных (неактивных) аэрозолей. Состоящие из радиоактивных частиц аэрозольные облака, образующиеся при атомных взрывах, могут служить примером создания гигантских аэрозольных масс руками человека.

В метеорологии больших успехов достигла микрофизика облаков. Изучение атмосферных ядер конденсации и конденсационного роста водяных капелек в атмосфере, а также исследования динамики столкновений и слияния капелек привели к лучшему пониманию процессов образования атмосферных осадков и возбудившим огромный интерес попыткам искусственного вызывания осадков.

Физика аэрозолей приобрела в настоящее время значение и в изучении космоса, в частности в исследования метеоритной, межпланетарной и галактической пыли.

Издавна ученые отмечали обычную связь легочных расстройств с вдыханием пыли. Ученых интересовали проблемы влияния пыли на органы дыхания. С промышленной революцией 19-го века и с появлением высокоскоростных механизмов чрезвычайно возросла запыленность. Одновременно возросло и число ученых, занимающихся изучением пыли. в 19-м веке аэрозоли занимали важнейшее место в науке, так как их считали мельчайшими элементами вещества. Пониманию свойств аэрозолей способствовали работы многих замечательных ученых – Тиндаль, Листер, Кельвин, Айткен, Эйнштейн. Однако с открытием радиоактивности и развитием квантовой механики ученые в поисках мельчайших частиц Вселенной отошли от изучения аэрозолей
, и наука об аэрозолях зачахла. Аэрозоли изучали применительно к профессиональным заболеваниям и эти работы носили прикладной характер. Проблемы связанные с аэрозолями, привлекли внимание широкой научной общественности только после второй мировой войны. Причин возросшего интереса было множество. Во-первых, производство ядерного топлива породило проблему защиты от потенциально опасных для здоровья радиоактивных аэрозолей. Во-вторых с появлением радиолокаторов необходимо было выяснить, как влияют на передаваемый и отраженный сигналы облака и как увеличить или уменьшить это влияние в зависимости от нужд практики. Наконец, угроза химической и биологической войн вынудила покончить с догадками и вплотную заняться фундаментальными исследованиями свойств аэрозолей, так как поражающие вещества находятся именно в аэрозольной форме. В последние годы число исследований аэрозолей значительно возросло. Несколько научных журналов целиком посвящены этим проблемам, а множество других регулярно публикуют статьи по различным аэрозольным аспектам.

Принимая во внимание большое значение аэрозолей, можно подумать, что они постоянно привлекали внимание ученых и что в настоящее время установлены фундаментальные законы поведения аэрозольных частиц. Однако это не так. Наука об аэрозолях только в настоящее время начинает «расцветать» и привлекать к себе заслуженный интерес.

Целью данной работы является изучение определения, классификации аэродисперсных систем, а так же вопросов образования и физических свойств аэрозолей в научной и учебной литературе.

1 Определение и классификация аэрозолей


В окружающей человека среде аэрозоли распространены повсюду. Легкий туман их мельчайших частиц образуется над растениями. Ветер поднимает и разносит облака пыли. при извержении вулканов в атмосферу выбрасываются плотные клубы дыма. Наконец, человек в своей повседневной деятельности создает всевозможные мельчайшие частицы, которые попадают в воздух. Прежде чем приступить к систематическому рассмотрению частиц, необходимо ввести несколько определений, используемых обычно для характеристики различных аэрозолей.

Учение об аэрозолях выделяется в настоящее время в самостоятельный раздел коллоидной химии. Аэрозолем называется дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твердой или жидкой дисперсной фазы, иначе говоря, это взвесь твердых или жидких частиц в газе. Но их дисперсность большей частью может быть ниже коллоидной, поэтому их еще называют аэродисперсными системами.

Слово «аэрозоль» греко-латинского происхождения: «аэр» по-гречески означает «воздух»; термином «золь» называют коллоидные системы или коллоидные растворы, он происходит от латинского solutio, что означает «раствор». Дословно аэрозоль – это «золь в воздушной среде». Общий термин «аэрозоль» был предложении профессором Доннаном в конце первой мировой войны для обозначения тонких аэродисперсных систем, таких как ядовитые дымы фенилхлорарсина. Независимо от Доннана этим термином начал пользоваться Щмаусс, которому принадлежит первая статья, где было упомянуто слово аэрозоль.

Особенности аэродисперсных систем. Между аэродисперсными системами (аэрозолями) и гидрозолями существуют глубокие принципиальные отличия. В аэрозолях нет ничего, аналогичного стабилизирующему двойному электрическому слою или явлению пептизации гидрозолей, а так же в газовой среде полностью отсутствует электролитическая диссоциация. Кроме того, для аэрозолей не характерны термодинамические факторы устойчивости, т.к. нельзя создать поверхностный слой на границе с газообразной средой, понижающий поверхностное натяжение до минимума. Еще одним отличительным свойством аэрозолей является их неустойчивость, обусловленная, кроме всего прочего, низкой вязкостью и инертностью среды. Аэрозольная система различается при значительно меньших размерах частиц или их агрегатов, чем лиозоли. Частицы дисперсной фазы аэрозолей быстро оседают под действием силы тяжести, могут исчезать из аэрозоля благодаря как седиментации, так и диффузии к стенкам сосуда и испарению. Броуновское движение и столкновения между частицами, обусловленные различной скоростью седиментации, приводят к образованию агрегатов или более крупных капель, седиментирующих из аэрозоля.


Еще одна особенность аэрозолей – нестабильные и неравновесные электрические свойства их частиц. В аэрозолях частицы могут иметь заряды разного знака, т.к. газообразная среда не может быстро обеспечить равновесие. Заряды на аэрозольных частицах изменяют свойства и устойчивость аэрозолей, поэтому униполярная зарядка частичек аэрозолей в отсутствие стенок, например в атмосферных облаках, может повысит их устойчивость, приблизить к гидрозолям.

Классификация аэродисперсных систем. Свойства аэрозолей определяются природой вещества из которого состоят частицы, природой газовой среды, размером (степенью дисперсности), формой и зарядом частиц, а так же концентрацией аэрозоля по массе (общей массой частиц, содержащихся в единице объема аэрозоля которую измеряют в кг/м³, мг/м³, мг/л, мг/см³), и счетной (частичной) концентрацией, т.е. числом частиц в единице объема (м³, см³, л).

Частичная концентрация аэрозолей в воздухе велика и колеблется от 1000 до 100 тысяч частиц в 1 см². Но хотя число частиц в атмосфере велико, но размеры их малы, поэтому суммарная их масса ничтожна и массовая концентрация невелика и обычно колеблется от 0,2 до 20 мг/м³.

Учеными были сделаны попытки классификации аэрозолей на основе их природы, размеров и концентрации частиц, а так же агрегатного состояния.

Диапазон размеров частиц, которые могут образовывать аэрозоли, находиться в пределах по крайней мере семи порядков, что сказывается на свойствах аэрозолей. В зависимости от размеров частиц различают три класса аэрозольных систем: высоко-, средне- и грубодисперсные.

Высокодисперсные системы имеют размер частиц от 0,001 мкм до 0,1 мкм. Самые мельчайшие аэрозольные частицы формируются обычно из 20-30 молекул и имеют размер около 0,001 мкм или 1 нм, который часто принимают за минимальный размер аэрозольных частиц. Такие системы слабо устойчивы, вследствие частых столкновений частиц между собой и со стенками (в замкнутой системе). Частицы высокодисперсных систем служат ядрами конденсации паров в облаках, обуславливают синеву неба.

Среднедисперсные системы имеют размер частиц от 0,1 до 10 мк. Это наиболее устойчивые системы.

Грубодисперсные системы имеют размер частиц более 10 мкм. Такие системы неустойчивы в связи с большой скоростью седиментации (при малой вязкости среды) и видные невооруженным глазом.

Смотрите также файлы