Властивості аерозолів визначаються:
• природою речовин дисперсної фази і дисперсійного середовища;
• часткової і масовою концентрацією аерозолю;
• розміром частинок і розподілом часток по розмі-рам;
• формою первинних (неагрегірованних) частинок;
Для характеристики концентрації аерозолів, як і інших дисперсних систем, використовуються масова концентрація і чисельна (часткова) концентрація.
Масова концентрація- маса всіх зважених часток в одиниці об'єму газу.
Чисельна концентрація- число часток в одиниці об'єму аерозолю. Як би не велика була чисельна кон-центрація в момент утворення аерозолю, вже через Не-скільки секунд вона не може перевищувати 10 3 часток / см 3.
РОЗМІРИ ЧАСТИНОК АЕРОЗОЛЮ
Мінімальний розмір часток визначений можливістю існування речовини в агрегатному стані. Так, одна молекула води не може утворити ні газу, ні рідини, ні твердого тіла. Для освіти фази необхідні агрегати принаймні з 20- 30 молекул. Найменша частка твердої речовини або рідини не може мати розмір менше 1 • 10 3 мкм. Щоб розглядати газ як
Розміри частинок деяких золейТа6ліца 18.1
1 • 10 6 - 1 • 10 5
безперервну середу, необхідно, щоб розміри частинок були набагато більше, ніж вільний пробіг молекул газу. Верхня межа розмірів частинок строго не визначений, але частки крупніше 100 мкм не здатні тривалий час залишатися зваженими в повітрі.
ФОРМА ЧАСТИНОК АЕРОЗОЛЮ
Рідкі краплі в аерозолях завжди сферична, тверді частинки можуть мати найрізноманітніші форми. Їх мож-но розділити на три класи.
1. Ізометричні частки, для яких три разме-ра в першому наближенні збігаються. До цього класу належать кульки, правильні багатогранники або годину-тіци, близькі до них за формою.
2. Пластинки - частинки, що мають два великих раз-міра і один малий: пелюстки, лусочки, диски.
3. Волокна - частинки, протяжні лише в одному напрямку і мають менші розміри в двох інших напрямках: голки, нитки або мінеральні волокна.
Форма частинок залежить від способу отримання та матері-ала. Так, наприклад, частинки, що виникають при кондом-сації пара, мають зазвичай сферичну форму,
Частинки аерозолю можуть існувати самі по собі або об'єднуватися в ланцюжки, які називають агломе-ратамі або флоккулами. Вони зазвичай утворюються з високо-козаряженних маленьких частинок, які знаходяться в щільних димах. Аерозолі можуть також складатися з порожнистих крапель, заповнених газом або порожнистих частинок, з-тримають речовина - наповнювач. Таким чином, пліт-ність часток в аерозолі може значно відрізнятися від щільності вихідної речовини.
Аерозольні частинки, маючи малі розміри, облада-ють розвиненою поверхнею, на якій можуть протікати адсорбція, горіння і інші хімічні реакції. Біль-Шая поверхню обумовлює такі фізичні властивості, як гігроскопічність або здатність взаємодій ствовать з електричними зарядами.
ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ аерозолів
Оптичні властивості аерозолів підкоряються тим самим закономірностям, що і оптичні властивості ліозолей, але в аерозолях вони проявляються яскравіше за рахунок біль-шою різниці в щільності, а значить - в показниках заломлення аерозольної частинки і газового середовища. Ха-рактер взаємодії світла з аерозольної часткою за-висить від співвідношення між розміром частки d і довжиною хвилі світла. Якщо d >>, то взаємодія мож-но розглядати з позиції геометричної оптики, якщо d<<или d<, то необходимо основываться на теории электромагнитных колебаний, т. е. учитывать волновую природу света. Для аэрозолей характерны рассеяние и поглощение света.
Інтенсивність розсіяного світла Jp визначається вже відомим нам рівнянням Релея:
Оскільки показник заломлення частинки n1 значи-тельно більше показника заломлення середовища n0. для аеро-золів величина К значно більше, ніж для ліозолей.
З рівняння Релея видно, що червоне світло розсіюючи-ється набагато менше, ніж синій і жовтий, і якщо врахувати той факт, що аерозольних часток в нижніх шарах атмо-сфери набагато більше, ніж у верхніх, стає зрозумілим, чому на сході й заході небо забарвлюється в багряні тони, а в полудень сяє блакиттю. Адже коли Сонце наближається до горизонту, ми спостерігаємо промені, майже горизонтально розташовані, що проходять через запилений-ні нижні шари атмосфери, сильно розсіюють світло, до нас доходить, головним чином, червоне світло. Коли ж Сонце стоїть високо, в вертикальному стовпі атмосферного повітря сумарна кількість частинок відносно невелика і, отже, невелика розсіювання, тому сол-нечний світло ми спостерігаємо неспотвореним, незначно розсіюється тільки короткохвильова (блакитна) складаю-щая світла, яка і надає неба блакитний колір.
Деякі, головним чином, металеві або вугільні частинки можуть поглинати світло. Чорний колір диму обумовлений тим, що димові частинки ефективно поглинають видимі промені всіх довжин хвиль. Білий колір диму викликаний інтенсивним розсіюванням його частками всіх видимих довжин хвиль.
Завдяки великій здатності розсіювати світло аеро-золі широко застосовуються для створення димових завіс. З усіх димів найбільшою здатністю розсіювати і відображати світло володіє дим Р2 ПРО5. його маскує спо-можності приймається за одиницю.
Молекулярно - КІНЕТИЧНІ властивості
Особливості молекулярно - кінетичних властивостей аеро-золів обумовлені:
• малою концентрацією частинок дисперсної фази - так, якщо в 1 см 3 гідрозолі золота міститься 10 16 частинок, то в такому ж обсязі аерозолю золота менше 10 7 частинок;
• малою в'язкістю дисперсійного середовища - повітря, отже, малим коефіцієнтом тертя (В), мож-ника при русі частинок;
• малою щільністю дисперсійного середовища, слідчий-но част >> газу.
Все це призводить до того, що рух частинок в аерозолів-лях відбувається значно інтенсивніше, ніж в ліозолі.
Розглянемо найпростіший випадок, коли аерозоль знаходиться в закритій посудині (т. Е. Виключені зовнішні потоки повітря) і частинки мають сферичну форму радіусом r і щільність. На таку частку одновремен-но діють сила тяжіння, спрямована вертикально вниз, і сила тертя прямо протилежного направле-ня. Крім того, частка знаходиться в броунівському дві-жении, наслідком якого є дифузія.
Для кількісної оцінки процесів дифузії і се-діментаціі в аерозолях можна використовувати значення питомої потоку дифузії Iдиф і питомої потоку седиментів-ції iсед- величини, які ми розглядали у зв'язку з седиментаційною стійкістю ліозолей (розділ 10.1):
Щоб з'ясувати, який потік буде переважати (Iдиф або iсед), розглядають їх співвідношення:
У цьому виразі (-0) >> 0. Отже, вели-чину дробу буде визначатися розміром частинок.
Якщо r> 1 мкм, то iсед >> Iдиф. т. е. дифузією можна-знехтувати - йде швидка седиментація і частки осі-дають на дно посудини.
якщо r <0,01 мкм, то iсед < Таким чином, з аерозолю швидко зникають як дуже дрібні, так і дуже великі частки: перші внаслідок прилипання до стінок або злипання, другі - в ре-док осідання на дно. Частинки проміжних раз-мерів мають максимальну стійкістю. Тому, як би не велика була чисельна концентрація часток в момент утворення аерозолю, вже через кілька се-кунд вона не перевищує 10 3 част / см 3. Для частинок аерозолів характерно рух частинок в полі температурного градієнта в напрямку зміни Дані для водного туману в закритому помещенііТабліца 18.2 Швидкість осідання, см / с температури. Цим обумовлені такі явища, як термофорез, термопреципітації, фотофорез. Термофорез- мимовільне рух частинок в напрямку зниження температури. Вона зумовлена тим, що з «гарячої» сторони на частку налітають більш швид-які молекули газу і вона зміщується в «холодну» сторо-ну. Термопреціпітація- осадження частинок аерозолю переважно на холодних поверхнях, коли поблизу присутні гарячі тіла. Термопреципітації обус-ловом осідання пилу на стінах і стелі поблизу заради-аторов, ламп, гарячих труб, печей і т. Д. Фотофорез- пересування частинок аерозолю при односторонньому осве-щении, є окремим випадком термофорез. Для не-прозорих частинок спостерігається позитивний фото-форез, т. Е. Частки рухаються в напрямку світлового променя. Для прозорих частинок має місце отрицатель-ний фотофорез, причому при збільшенні розмірів частинок він може переходити в позитивний. ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ аерозолів Електричні властивості частинок аерозолю значно відрізняються від електричних властивостей частинок в ліозолі. 1. На частинках аерозолю не виникає ДЕС, так як через низьку діелектричної проникності газового середовища в ній практично не відбувається електролітич-ська дисоціація. 2. Заряд на частинках виникає, головним чином, за рахунок невибіркову адсорбції іонів, які утворюють-ся в газовій фазі в результаті іонізації газу космічно-ми, ультрафіолетовими або радіоактивними променями. 3. Заряд частинок носить випадковий характер, і для частинок однієї природи і однакового розміру може бути різним як за величиною, так і за знаком. 4. Заряд частки змінюється в часі як по вели-чині, так і за знаком. 5. За відсутності специфічної адсорбції заряди годину-тиц дуже малі і зазвичай перевищують елементарний електрон-тричних заряд не більше, ніж в 10 разів. 6. Специфічна адсорбція характерна для аерозолів-лей, частки яких утворені сильно полярним віщо-ством, так як в цьому випадку на міжфазної поверхні виникає досить великий стрибок потенціалу, обус-ловлений поверхневої орієнтацією молекул. Напри-заходів, на міжфазної поверхні аерозолів води або снігу існує позитивний електричний потенціал по-рядка 250 мВ. З практики відомо, що частки аерозолів металів та їх оксидів зазвичай несуть негативний заряд (Zn, ZnO, MgO, Ее2 О3), а частки аерозолів неметалів і їх оксидів (SiO2. P2 O5) заряджені позитивно. Як і ложітельно заряджені частинки NaCl, крохмалю, а частинки борошна несуть негативні заряди. На відміну від інших дисперсних систем в аерозолів-лях відсутня всяка взаємодія між поверхно-стю частинок і газовим середовищем, а значить, відсутні сили, що перешкоджають зчепленню частинок між собою і з макроскопічними тілами при зіткненні. Таким чином, аерозолі є агрегативно нестійкими система-ми. Коагуляція в них відбувається за типом швидкої коа-регуляції, т. Е. Кожне зіткнення частинок призводить до їх злипання. Швидкість коагуляції швидко зростає з увеличени третьому чисельної концентрації аерозолю (табл. 18.3). Незалежно від початкової концентрації аерозолю че-рез кілька хвилин в 1 см 3 перебуває 10 3 - 10 6 частинок (для порівняння - в ліозолі 10 15 частинок). Таким обра-зом, ми маємо справу з вельми сильно розведеними сис-темами.Схожі статті