Аэрозоли

[от греч. Аёг- воздух и лат. Sol(utio)-раствор], дисперсные системы с газовой дисперсионной средой и твердой или жидкой дисперсной фазой. Классификация. По способу образования различают конденсационные и диспергационные А. Первые возникают в результате присоединения друг к другу молекул в-ва в пересыш. Паре (т. Наз. Гомог. Нуклеация) или конденсации пара на присутствующих в нем ионах или мельчайших частицах др. В-ва - ядрах конденсации (гетерог. Нуклеация). Конденсац. А. С жидкой дисперсной фазой наз. Туманами, с твердой - дымами. К конденсационным относятся и А., образующиеся при горении, хим. И фотохим. Р-циях в газовой фазе, напр. При получении оксидов Si и Ti термич. Гидролизом их хлоридов в пламени. Важнейший из таких А. - смог, возникающий в атмосфере в результате фотохим.

Р-ций между газообразными примесями под действием интенсивного солнечного освещения. Особенность конденсации продуктов хим. Р-ций - возможность каталитич. Действия конденсиров. Частиц на превращ. Исходных в-в. Конденсац. А. Могут образоваться также вследствие испарения тел, в т. Ч. В результате воздействия плазмы и лазерного излучения, с послед. Конденсацией паров. Диспергационные А. С твердыми частицами (пыли) образуются в атмосфере в прир. Условиях, а также при измельчении твердых тел в шахтах, пересыпании порошков (муки, мела) и т. П. А. С жидкой дисперсной фазой (иногда их наз. Спреями) возникают при распаде струй или пленок жидкости, напр. При распылении жидкого топлива в двигателях внутр. Сгорания. Важные практич. Случаи образования жидких А.-распыление жидкости под воздействием расположенного в ней источника акустич.

Колебаний, разрушение струй при воздействии поля электрич. Потенциала. Часто возникают смешанные А., состоящие из частиц разл. Происхождения. Так, при взрывном разрушении твердых тел происходит, как правило, диспергирование в-ва и его испарение с послед. Конденсацией паров и образованием А. Основные характеристики. Дисперсионную среду характеризуют хим. Составом, т-рой, давлением, степенью ионизации, параметрами внеш. Физ. Полей, полем скоростей течения, наличием турбулентности и ее параметрами, наличием и величиной градиентов т-ры и концентрации компонентов. Важнейшие параметры дисперсной фазы А. - объемная доля частиц и их массовая доля , число частиц в единице объема (счетная концентрация) n р, средний размер частицы где k - постоянная Больцмана, T - абс.

Т-ра, и вследствие обмена энергией с молекулами среды. Распределение концентрации 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 дополнит. Энергия, получаемая при соударениях с молекулами среды. Соотношение между двумя этими видами энергии характеризуется числом Шмидта , где -концентрация газовых молекул, -длина их своб.

Пробега. При Sc <. 107 существен лишь вклад собств. Теплового движения частиц. При атм. Давлении этому условию соответствуют частицы единичной плотности размером ~2 мкм. При So > 105 имеет значение лишь обмен энергией между частицами и средой. При 107 <. Sc <. 105 оба вклада соизмеримы. В турбулентной среде частицам А. Присущи две осн. Формы движения - увлечение дисперсионной средой и смещение относительно нее. Поддержание частиц во взвешенном состоянии определяется их инерционностью и характеризуется т. Наз. Турбулентным числом Шмидта ScT, равным отношению коэффициентов турбулентной диффузии частиц 0,1 и Re <. 0,6. При больших Re вводят поправочные множители, являющиеся ф-циями Re. В области 1 <. Кп <. 0,1 в ф-лу Стокса вводят поправочный множитель Кеннингема, равный (1 + А 1 Кп),> где A1 - эмпирич.

Постоянная. В свободномолекулярном режиме при Кп > 10 В = (Ai +Q/3) (ф-ла Эпштейна), где Q - др. Эмпирич. Постоянная. В переходном режиме для расчета Впредложен ряд эмпирич. Ф-л, из к-рых наиб. Распространена ф-ла Милликена. , где b-эмпирич. Постоянная. Для капель масляного тумана, напр., в ф-ле Эпштейна ( А 1 + Q) => 1,154, в ф-ле Милликена A1 = 1,246, Q = 0,42, b = 0,87. Значение Вопределяет коэф. Тепловой диффузии частиц D = kTB, наз. Иногда коэффициентом броуновской диффузии. При наличии в дисперсионной среде градиентов т-ры или концентрации частицы А. Движутся даже при отсутствии внеш. Сил. Соответствующие явления наз. Термо- и диффузиофорезом. В свободномолекулярном режиме термофорез аналогичен термодиффузии (см. Диффузия).

В континуальном режиме он обусловлен тангенциальной силой, действующей на частицу вследствие возникновения потока газа (термич. Скольжения) вблизи неоднородно нагретой пов-сти частицы. Частный случай термофореза - фотофорез. Движение частиц под действием светового облучения. Этот эффект обусловлен неравномерным нагревом частиц и среды, гл. Обр. Из-за различной их способности отражать и поглощать свет. Диффузиофорез, обусловленный градиентом концентрации при постоянном полном давлении, происходит, напр., вблизи пов-стей испарения или конденсации. Частицы А. Размером менее 1 мкм всегда прилипают к твердым пов-стям при столкновении с ними. Столкновение частиц друг с другом при броуновском движении приводит к коагуляции А.

Для монодисперсных А. Со сферич. Частицами скорость коагуляции где n - число частиц в единице объема, К-т. Наз. Коэф. Броуновской коагуляции. В континуальном режиме Крассчитывают по ф-ле Смолуховского , в свободномолекулярном - по ф-ле , где и р -средняя скорость теплового движения аэрозольных частиц, -коэф., учитывающий влияние межмол. Сил и для разл. В-в имеющий значение от 1,5 до 4. Для переходного режима точных ф-л для вычисления Кне существует. Помимо броуновского движения коагуляция А. Может иметь и др. Причины. Т. Наз. Градиентная коагуляция обусловлена разностью скоростей частиц в сдвиговом потоке. Кинематическая - разл. 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 инерц.

Частиц размером не менее 10-6 м). На скорость коагуляции влияет наличие электрич. Заряда на частицах и внеш. Электрич. Поля. Аэрозольные частицы способны приобретать электрич. Заряд, если они образуются конденсацией на ионах. Незаряженные частицы могут захватывать газовые ионы, направленно движущиеся к частицам во внеш. Поле или диффундирующие в среде. Диспергационные частицы могут приобретать заряд и в процессе образования -при разбрызгивании жидкостей (баллоэлектрич. Эффект) или распылении порошков (трибоэлектрич. Эффект), при освещении (фотоэффект), радиоактивном распаде и т. П. В А., образующихся при высокой т-ре, напр. При испарении и послед. Конденсации паров, заряды на частицах возникают также в результате термоэлектронной или термоионной эмиссии.

А. Обладают ярко выраженным рассеянием света, закономерность к-рого 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 фиксиров. Размере частицы сечение светорассеяния убывает пропорционально . При рассеянии света частицами А. Меняется состояние поляризации излучения. Измерения светорассеяния и состояния поляризации рассеянного света используют для определения размеров частиц и распределения по размерам. См. Также Дисперсные системы. В технике образование А. Часто нежелательно, т. К. Приводит к загрязнению атмосферы (в т.

Ч. Производственной) и технол. Потоков. Кроме того, большую опасность представляют взрывы пылей в сахарном, мукомольном и нек-рых др. Произ-вах. Все это вызвало к жизни развитие методов пылеулавливания и туманоулавливания. Вместе с тем хим. Пром-сть либо непосредственно использует аэрозольное состояние в-ва в технол. Процессах, либо производит продукты в аэрозольной форме для послед. Их использования. Через аэрозольное состояние получают мн. Высокодисперсные продукты - наполнители, пигменты, катализаторы, компоненты высокоэнергетич. Топлив. В аэрозольной форме сжигается все жидкое и значит. Часть твердого топлива. Аэрозольные препараты используют в медицине и ветеринарии, для защиты посевов от с.-х. Вредителей, обработки складских помещений, предотвращения выпадения града.

Широкое применение в быту нашли аэрозольные баллончики - устройства, в к-рых жидкий препарат или суспензия выдавливается из резервуара и распыляется давлением хладона (см. Бытовая химия). Термин "А." был впервые использован англ. Химиком Ф. Дж. Доннаном в конце 1-й мировой войны для обозначения облаков, состоящих из частиц мышьяковистых соед., применявшихся как отравляющие в-ва немецкими войсками. Лит. Фукс Н. А., Механика аэрозолей, М., 1955. Его же, Рост и испарение капель в газообразной среде, М., 1958. Мейсон Б. Д., Физика облаков, пер. С англ., Л., 1961. Грин X., Лейн В., Аэрозоли-пыли, дымы и туманы, пер. С англ. Л., 1969. Медников Е. П., Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей, М., 198,1. А. Г. Сутгин. .