Аэрозоли. что это такое и почему именно аэрозоли? Что такое аэрозоли

АЭРОЗОЛИ

(от греч. aеr – воздух и лат. solluti – раствор) свободные дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей их твердых или жидких частиц.

Сам термин аэрозоль был предложен профессором Доннаном (Англия) в конце первой мировой войны для обозначения высокодисперсных систем, таких как ядовитые дымы фенилхлорарсина, которые начали применять в военных целях. Независимо от Доннана этим термином стал пользоваться и немецкий ученый Шмаусс, которому принадлежит первая статья (1920 г.), где он был использован.

Классификация.

1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:

туманы (Ж/Г) – дисперсная система, состоит из капелек жидкости;

дымы (Т/Г) – аэрозоли с твердыми частицами кондансационного происхождения;

пыли (Т/Г) – твердые частицы, образованные путем деспиригирования;

смог (Ж+Т/Г) – система смешанного типа, когда на твердых частицах конденсируется влага (туман, образовавшийся на частицах дыма);

2. По дисперсности:

ультрадисперсные аэрозоли (наночастицы) с размерами 0,001 – 0,01 мкм;

высокодисперсные аэрозоли (ВДА) 0,01 – 0,1 мкм;

среднедисперсные аэрозоли 0,1 – 10 мкм;

грубодисперсные аэрозоли 10 – 100 мкм.

Появление нового класса наночастиц произошло совсем недавно, когда стало возможным создание нового поколения аэрозольных приборов для изучения этих ультрадисперсных аэрозолей.

Характерные размеры аэрозольных частиц:

3. По методам получения:

конденсационные;

диспергационные.

Аэрозоли могут возникают естественным путем, образуются искусственно и сопутствуют промышленному производству.

Аэрозоли, которые возникают естественным путем :

До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Ежегодно в среднем 1 км 2 земной поверхности выбрасывает в атмосферу 20т раздробленной массы, которая превращается в атмосферные аэрозоли.

Ветер поднимает и разносит облака пыли, создавая пыльные бури. Пыль может подниматься на высоту 5 – 6 км и переноситься на расстояния, измеряемые тысячами километров (в Норвегии, например, была обнаружена пыль пустыни Сахара).

При извержении вулканов, а их на Земле более 600, в атмосферу выбрасывается несколько десятков миллионов тонн грунта, большая часть которого переходит в аэрозольное состояние (так, в результате гигантского извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. в стратосферу было выброшено такое количество пыли, что следующий, 1816 г, вошел в историю как «год без лета»).

Микроорганизмы, вирусы и споры растений подхватываются потоком воздуха и образуют аэрозоли, таки аэрозоли биологического происхождения могут переносятся на огромные расстояния (отмечены случаи, когда споры грибов были обнаружены над Карибскимморем в 1000 км от ближайшего возможного места их образования).

Вода, испаряемая с водной поверхности Земли, образует аэрозоли, разрушение которых приводит к возникновению дождя, снега, града.

Аэрозоли, которые получают искусственно:

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

Промышленные аэрозоли:

В шахтах, карьерах для добычи полезных ископаемых, около металлургических и химических комбинатов, при работе различных агрегатов (дробилок, мельниц, многочисленных котельных) образуются аэрозоли, загрязняющие воздух. Все виды наземного, воздушного и водного транспорта являются источниками аэрозолей за счет сгорания топлива (достаточно сказать, что в результате сгорания топлива ежегодно выбрасывается в атмосферу более 100т твердых и 1 млн.т газообразных веществ).

Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядерного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.

Основные безразмерные критерии подобия для описания аэродисперсных систем.

Они возникают при анализе и обезразмеривании определяющих уравнений, описывающих тот или иной элементарный процесс с одиночной частицей.

Кроме того, данные критерии имеют самостоятельное значение для понимания специфики и закономерностей процессов и явлений с аэрозолями.

Число Маха

где q p и q g – характерные скорости движения частицы и газа соответственно

Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и характеризует скоростные режимы движения аэрозольной частицы относительно центра масс газа.

Диапазон изменения критерия: от очень малых значений до единицы. Для атмосферных аэрозолей характерен диапазон M <<1, поэтому можно сказать, что динамика аэрозолей – это низкоскоростная аэродинамика.

Умеренные числа M ≈1 могут быть характерны для ряда технологических аэрозольных приложений.

Число Рейнольдса

где ρ– плотность

u – среднемассовая скорость

η – вязкость газа

R– радиус частицы

Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и выражает соотношение сил инерции и сил вязкого трения в газе.

Диапазон изменения критерия – от 0 до очень больших значений.

Для атмосферных и технологических аэрозолей число Re изменяется от очень малых (гравитационное осаждение частиц) до очень больших значений (турбулентный перенос частиц, газоочистные аппараты).

Число Кнудсена

где λ – средняя длина свободного пробега молекул газа

R – радиус частицы

Оно возникает при анализе уравнения Больцмана, применяемого для описания дисперсионной газовой среды, и характеризует структурность газа.

Формальный диапазон изменения критерия 0 < Kn < ∞

Для атмосферных аэрозолей 0.001мкм ≤ R ≤ 100мкм , λg ≈ 0. 065мкм при н.у., тогда

10−3 ≤ Kn ≤ 100

Число Стокса

где τ – время механической релаксации частицы

L – некоторый характерный размер процесса

Оно возникает при анализе уравнений движения частицы в механике аэрозолей и характеризует соотношение между силами инерции частицы и силами вязкого трения в газах.

Диапазон изменений критерия может быть достаточно большим (особенно для процессов с технологическими аэрозолями).

Число Брауна

где v p и v g –тепловая скорость движения аэрозольной частицы и молекулы газа

Возникает при анализе уравнений броуновского движения аэрозолей, характеризует интенсивность броуновского движения аэрозольных частиц. Диапазон изменения критерия от 0 до 1.

Для атмосферных аэрозолей обычно число Брауна Br << 1 (за исключением ультрадисперсного аэрозоля, где Br ≤ 1).

Свойства аэрозолей

Свойства аэрозолей определяются:

природой веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды

частичной и массовой концентрацией аэрозоля

размером частиц и распределением частиц по размерам

формой первичных (неагрегированных) частиц

структурой аэрозоля

зарядом частиц.

Для характеристики концентрации аэрозолей, как и других дисперсных систем, используются:

массовая концентрация – масса всех взвешенных частиц в единице объема дисперсной системы:

массовая и объемная доли :

, где m 0 и V 0 – общая масса и общий объем дисперсной системы

численная концентрация – число частиц в единице объема дисперсной системы

Где V 0 –общий объем дисперсной системы

N ч – число частиц

Особенности молекулярно-кинетических свойств аэрозолей обусловлены:

малой концентрацией частиц дисперсной фазы

(например, в 1 см 3 гидрозоля золота содержится 1016 частиц, а в таком же объеме аэрозоля золота менее 107 частиц).

малой вязкостью дисперсионной среды (воздуха), т.е., малым коэффициентом трения (В), возникающего при движении частиц

малой плотностью дисперсионной среды, следовательно ρ част » ρ газа

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

Броуновское движение

Это непрерывное хаотичное равновероятностное для всех направлений движение частиц, распространяющихся за счет воздействия дисперсионной среды.

Согласно уравнению Эйншнейна, средний квадрат смещения частицы  х 2 за промежуток времени t вдоль оси x равен:

где K – коэффициент сопротивления (сила, действующая на частицу, движущуюся со скоростью 1м/с)

В случае справедливости закона Стокса K=3d, так что уравнение приобретает вид:

Первые измерения броуновского движения частиц в газах, сделанные Де Бройлем, подтвердили справедливость уравнения Эйншнейна.

Диффузия

Это самопроизвольные процесс распространения дисперсионной фазы из области с большей концентрацией а область с меньшей концентрации.

где n – концетнрация частиц в данной плоскости.

По закуну Фика:

где D – коэффициент диффузии.

Тогда, можно выразить коэффициент диффузии в функции размера частицы:

где член представляет собой подвижность частицы.

Электрические свойства аэрозолей

До сих пор аэрозольные частицы рассматривались как незаряженные, и пренебрегали действием электрических сил как между самими частицами, так и между частицами и приложенным внешним электрическим полем. В реальности большинство аэродисперсных систем обладает электрическим зарядом, это свойство фактически является универсальным как для технологических, так и для природных атмосферных аэрозолей.

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

Большинство аэрозолей несут заряд, который может постоянно перераспределяться между частицами;

Внешние электрические поля могут влиять как на величину заряда частиц, так и на характеристики их движения;

На частицах аэрозоля не возникает двойной электрический слой, так как из-за низкой диэлектрической проницаемости газовой среды в ней практически не происходит электролитическая диссоциация;

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

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

К основным процессам, приводящим к образованию заряда на частице, относятся прямая ионизация частиц; статическая электризация частиц; столкновения с ионами; ионизация частиц электромагнитным излучением (УФ, рентгеновским или гамма-излучением).

Согласно Смолуховскому, заряд зависит от числа положительных и отрицательных ионов, находящихся в капельке в момент ее отделения от жидкости, т.е. определяется концентрация ионов в жидкости, то есть:

где - средний квадрат заряда капельки, выраженный через число элементарных

N – концентрация ионов одного знака в жидкости

V – объем капельки

Эта теория была проверена Натансоном в опытах с жидкостями, имеющими очень низкую концентрацию ионов (менее 310 -9 моль/л), например с трансформаторным маслом. Он нашел, что распределение зарядов вполне симметрично во всей области размеров капелек 0,5 – 2,1 мк.

Но заряд жидкой капли не может достичь предельного значения кроме случая, когда ее размеры очень малы.

На заряд накладывается дополнительное ограничение, известное как предел Рэлея. Сильно заряженная капля будет испаряться до тех пор, пока внешняя сила электрического поля на поверхности капли не превысит внутреннюю силу ее поверхностного натяжения. В этот момент капля разорвется на части, а ее заряд распределится по большей поверхности нескольких более мелких капелек.

Рэлей получил выражение для количества электронов на капле, необходимого для ее разрыва:

где σ – коэффициент поверхностного натяжения

d – диаметр капли

Правильность этой формулы была подтверждена экспериментально

Устойчивость

Под устойчивостью системы понимается способность системы сохранять свои свойства, дисперсионный состав, равномерное распределение частиц по объему.

Есть два вида устойчивости:

1. Молекулярно-кинетическая устойчивость – это устойчивость дисперсной системы по отношению к действию силы тяжести. Она препятствует седиментации и определяется наличием броуновского движения, зависит от степени дисперсности частиц, вязкости среды, температуры.

2. Агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять свою степень дисперсности.

Аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми системами. Устойчивость аэрозолей является лишь кинетической, термодинамические факторы устойчивости отсутствуют.

К нарушению устойчивости аэрозолей приводят следующие процессы:

седиментация частиц, которая по причине малой вязкости среды протекает быстрее, чем в гидрозолях;

коагуляция частиц, протекающая в газовой среде из-за интенсивного броуновского движения с большой скоростью, которая ещё более возрастает с увеличение концентрации аэрозоля. Ускорению коагуляции способствует повышенная влажность среды;

влияние температуры, особенно на устойчивость туманов, так как их равновесное состояние возможно только при условии, когда давление насыщенного пара дисперсных жидких частиц  равно давлению насыщенного пара жидкости, из которой они образованны ( 0). При  >  0 идет испарение капель, а при  <  0 – конденсация.

а) Испарение

Продолжительность существования аэрозолей ограничивается скоростью испарения отдельных частиц; для данного вещества при постоянной температуре испарение будет происходить с максимальной скоростью в случае, когда окружающий воздух не содержит паров вещества; для вопроса об устойчивость аэрозолей эта максимальная скорость испарения имеет существенное значение.

Если построить графическую зависимость площади поверхности s от времени t для капельки чистого высококипящего вещества, то полученный график сначала приблизительно линеен (ds/dt=const), но затем постепенно отклоняется от оси времени. Причем кривизна тем заметнее, чем меньше частица. То есть, скорость испарения мелких капелек постепенно падает по мере уменьшения их размеров.

Расчеты времени полного испарения капелек важны при сравнении устойчивости различных веществ в аэродисперсном состоянии, но полное испарение частиц маловероятно. Наличие нелетучих примесей, присутствовавших в исходном веществе, или возникших уже в дисперсном состоянии в результате окисления или разложения, или приобретенных при столкновении с частицами пыли в воздухе, может замедлять испарение и даже останавливать его.

Поэтому «время полуиспарения» капли, т.е время, в течение которого капля потеряет за счет испарения половину своей первоначальной массы, оказывается более удобным параметром.

б) Коагуляция

Коагуляция – наиболее важный процесс межчастичного взаимодействия в аэрозолях. Ее надо понимать как эффект слипания, агрегирования первичных частиц в процессе их взаимного движения и парных столкновений (тройные столкновения частиц обычно не учитываются как весьма маловероятные).

Слияние жидких капель называется коалесценцией , для твердых частиц часто используется термин агломерация. Оба эффекта в целом можно характеризовать как агрегацию частиц.

В общем случае под коагуляцией понимают уменьшение степени дисперсности частиц (т.е. их укрупнение) при снижении числовой концентрации частиц.

Рассмотрим теорию коагуляции Смолуховского.

Монодисперсный аэрозоль из сферических частиц, которые первоначально были

равномерно распределены в объеме газа. Они испытывают поступательное броуновское движение, которое приводит к их сближению и столкновениям. Каждое парное столкновение частиц приводит к их слипанию.

Рассматривается процесс броуновской диффузии частиц из неограниченного объема газа к одной неподвижной частице – так называемой «поглощающей сфере».

В итоге, решение уравнения Смолуховского имеет вид:

Эти уравнения позволяют предсказать изменение числовой концентрации монодисперсных частиц во времени.

Видно, что данный процесс является достаточно медленным, а скорость изменения концентрации частиц сильно зависит от их начальной концентрации.

Зависимость числовой концентрации частиц n от времени для броуновской коагуляции монодисперсного аэрозоля (разные кривые соответствуют различной начальной концентрации частиц)

Оптические свойства

Определяются рассеянием светового потока при прохождении через аэрозоль.

Интенсивность излучения I, рассеянного в данном направлении определенным объемом аэрозоля, становится пропорциональной счетной концентрации частиц n и радиусу частиц в некоторой степени p, т.е. :

Специфические свойства

К особенностям физических свойств аэрозолей, связанным с газообразной дисперсной средой, относятся явления термофореза, фотофореза.

Явление термофореза наблюдается в аэрозолях под влиянием градиента температуры.

Термофорезом называют движение частиц аэрозоля в направлении области более низких температур. Причиной этого служит то, что более нагретую сторону частицы молекулы газа бомбандируют с большей скоростью. Чем менее нагретую. Частица получает импульс для движения в сторону более низкой температуры.

Фотофорезом называют перемещение частиц аэрозоля при одностороннем освещении. Направление движения зависит от многих свойств частиц – размера, формы, прозрачности и т.д.

Фотофорез отсутствует или проявляется очень слабо у веществ, хорошо отражающих свет, например фторида кальция, трехокиси сурьмы, и очень заметно у сильных поглотителей света: сажи, железных опилок.

Если сильнее нагревается сторона частицы, обращенная к источнику света, то благодаря усилившейся бомбардировке этой стороны молекулами окружающего газа частица смещается от источника света – имеет место положительный фотофорез. Если же сильнее будет нагреваться противоположная сторона частицы, то получается обратные эффект – отрицательный фотофорез.

Стоит сказать о роли фотофореза в медицине. Фотофорез лекарств метод, в основе которого лежит одновременное воздействие излучением и лекарственным веществом.

Суть фотофореза: на ограниченный участок кожи (до 80 см 2) наносится около 1 мл р-ра лекарственного вещества и равномерно распределяется по поверхности кожи. Далее этот участок облучают расфокусированным лучом красного или инфракрасного света. Время облучения около 10-20 мин. В основе фотофореза лежит повышение проницаемости кожи под влиянием низкоинтенсивного лазерного излучения и ускорение диффузии лекарств.

Фотофорез имеет большой диапазон воздействия на организм. Он способен повышать повышать иммунитет, увеличивать выработку антител, усиливать клеточный обмен, синтез коллагена и эластина, улучшать микроциркуляцию крови и лимфы, усиливать проникновение питательных веществ в глубину кожи, нормализовать АД и т.д.

Методы получения аэрозолей

Аэрозоли образуются при взрывах, дроблении и распылении веществ, а так же в процессах конденсации при охлаждении перенасыщенных паров воды и органических жидкостей.

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

из грубо-дисперсных систем (диспергационные методы),

из истинных растворов (конденсационные методы).

Конденсационный метод .

Связан с образованием в гомогенной системе новой фазы. Обязательным условием ее образования является наличие пересыщенного пара, конденсация которого и приводит к образованию частиц дисперсной фазы.

Объемная конденсация пересыщенного пара может происходить в трех случаях:

*при адиабатическом расширении (образование облака);

*при смешении паров и газов, имеющих разные температуры (образование атмосферных туманов);

*при охлаждении газовой смеси.

Кроме того, конденсационный аэрозоль может образовываться в результате газовых реакций, ведущих к образованию нелетучих продуктов:

при сгорании топлива образуются дымовые газы, конденсация которых приводит к появлению топочного дыма;

при сгорании фосфора на воздухе образуется белый дым (Р 2 О 5);

при взаимодействии газообразных NH 3 и НСl образуется дым МН 4 Сl (тв);

окисление металлов на воздухе, происходящее в различных металлургических и химических процессах, сопровождается образованием дымов, состоящих из частиц оксидов металлов.

Особенность конденсации продуктов химических реакций – возможность каталитического действия конденсированных частиц на превращение исходных веществ.

Диспергационный метод.

Диспергационные аэрозоли образуются при измельчении (распылении) твердых и жидких тел в газовой среде и при переходе порошкообразных веществ во взвешенных состояниях при действии воздушных потоков.

Распыление твердых тел происходит в две стадии:

измельчение

распыление.

Среди методов распыления жидкостей различают следующие:

1. Пневматическое (или аэродинамическое)распыление;

2. Гидравлическое (или гидродинамическое) распыление;

3. Центробежное распыление;

4. Прочие методы (электростатическое, акустическое, с помощью пропеллентов и другие)

Перевод вещества в состояние аэрозоля должен быть осуществлен в момент применения аэрозоля, так как в отличие от других дисперсных систем (эмульсий, суспензий), аэрозоли нельзя приготовить заранее. В бытовых условиях почти единственным средством получения жидких и порошкообразных аэрозолей является устройство, называемое «аэрозольной упаковкой», вещество в нем упаковывается под давлением и распыляется при помощи сжиженных или сжатых газов.

Самобалансирующийся волчок Уолтона и Пруэтта.

Приводится в действие сжатым воздухом (вход справа), угловая скорость вращения – несколько тысяч оборотов в секунду, радиальное ускорение – порядка миллиона g. Жидкость подается сверху из узкой трубки (3) в центр ротора (2) и растекается на его поверхности в виде тонкой пленки. Капли отрываются от конуса ротора, тонокодисперсный туман выходит в зазор между вращающимся ротором и корпусом волчка.

Методы разрушения аэрозолей

Несмотря на то, что аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми, проблема их разрушения стоит очень остро. Основные проблемы, при разрешении которых возникает необходимость разрушения аэрозолей:

Очистка атмосферного воздуха от промышленных аэрозолей;

Улавливание из промышленного дыма ценных продуктов;

Искусственное дождевание или рассеивание облаков и тумана.

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

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

Чем объясняется высокая эффективность действия аэрозолей ?

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

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

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

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

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

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

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

Клапанное устройство состоит из целого ряда деталей.

Правда и вымысел об аэрозолях

Аэрозоли (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...

Аэрозоли широко распространены в природе. Облака и ту­чи, цветочная пыльца, семена и споры растений, а также оби­тающие в воздухе микроорганизмы и вирусы - все это аэрозо­ли, наполняющие воздушную среду, окружающую человека. Строго говоря, атмосфера Земли представляет собой огромную разнообразную аэродисперсную систему.

Аэрозолями называются дисперсные системы, в кото­рых дисперсионной средой является газ (воздух), а дис­персная фаза представлена твердыми или жидкими частицами с размерами 10 -7 -10 -4 м.

Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой называются туманами, а с твердой дисперсной фазой - дымами (размер частиц 10 -7 -10 -6 м) или пылями (10 -6 -10 -4 м).

Основные источники образования аэрозолей:

Природные аэрозоли - туманы, различные дымы и пыли;

Выбросы мелкодисперсных частиц промышленными пред­приятиями, авто- и авиатранспортом, а также новые аэрозольные частицы, образующиеся за счет взаимодействия выбрасываемых в воздух веществ между собой, с компонентами атмосферы и под действием солнечной радиации. К последним относятся различ­ные смоги: токсический, фотохимический (разд. 14.1.1, 14.1.2);

Биологические аэрозоли - сложные системы, в состав ко­торых входят вирусы и бактерии, адсорбированные на поверх­ности твердых или жидких частиц дисперсной фазы;

Аэрозоли, получаемые искусственным путем для практи­ческого использования в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.

Аэрозоли, как и другие виды дисперсных систем, могут быть получены методами диспергации и конденсации. Соответственно различают диспергационные и конденсационные аэрозоли.

Конденсационный способ образования аэрозольных частиц может осуществляться двумя путями: гомогенной или гетеро­генной конденсацией.

В основе гомогенной конденсации лежит образование твердых или жидких частиц из одинаковых молекул. В процессе теплового движения за счет межмолекулярных сил из нескольких молекул могут образоваться ассоциаты, называемые кластерами.

Кластерами называются строго упорядоченные молеку­лярные ассоциаты, возникающие в гомогенной системе и включающие от нескольких до сотен и тысяч молекул.

Другими словами, кластеры - это надмолекулярные струк­туры. Время жизни малых кластеров очень мало. Вероятность их распада обычно больше, чем вероятность роста. Такие кла­стеры принято называть "мерцающими". Понижение темпера­туры создает условия для увеличения размера кластеров. С уве­личением же размера кластеров растет и их стабильность, по­скольку суммарная энергия межмолекулярного взаимодействия внутри кластера при этом становится больше.

Размер кластера, при котором вероятность его роста становится равной вероятности распада, называется критическим.

Если размер кластера превысит критический, то кластер ста­новится стабильным образованием, характеризующимся опреде­ленным фазовым состоянием, т. е. жидкой или твердой аэро­зольной частицей.

Кластеры могут возникать и существовать не только в газо­образной среде, но и в жидкостях, и в твердых телах, а также на их поверхности. Кластерное состояние вещества по физико-химическим параметрам отличается как от газообразного со­стояния, так и от конденсированного. Его можно рассматривать как переходную стадию при гомогенной конденсации с образо­ванием аэрозолей в виде облаков и туманов.

В основе гетерогенной конденсации аэрозольных частиц ле­жит межмолекулярное взаимодействие молекул газа или жид­кости с поверхностью уже существующих твердых или жидких микрочастиц. Такая микрочастица играет роль ядра, на по­верхности которого адсорбируются молекулы газа (пара). В ре­зультате гетерогенной конденсации обычно образуются аэро­зольные частицы, более сложные по химическому составу, чем при гомогенной конденсации. Примером может служить обра­зование токсического смога из молекул SO2, паров воды (тума­на) и мельчайших твердых частиц несгоревшего углерода или оксидов металлов (дыма).

Диспергационные методы получения аэрозолей связаны с из­мельчением твердых тел или распылением жидкостей. В природ­ных условиях диспергационные аэрозоли образуются в результа­те вулканических и других взрывов.

Среди искусственных методов наиболее распространен способ пневмораспыления жидкостей, при котором жидкость под не­большим давлением продавливается через отверстия малого диа­метра, например на выходе из пульверизатора. При этом образу­ются мельчайшие частицы жидкости, взвешенные в газообразной среде. Если распылять суспензии или растворы и одновременно подвергать их сушке, то получаются твердые аэрозольные части­цы. Такой способ широко используется в промышленности, на­пример для получения молочного порошка, растворимого кофе, стирального порошка и др.

Свойства аэрозолей в большой степени определяются свой­ствами газообразной дисперсионной среды.

По оптическим свойствам аэрозоли похожи на коллоидные растворы (лиозоли): для них также характерно светорассеяние. Но из-за большой разницы в показателях преломления света дисперс­ной фазы и дисперсионной среды светорассеяние в аэрозолях про­является значительно ярче, и они дают более четкий конус Тиндаля, чем лиозоли. Благодаря способности рассеивать свет аэрозоли, находящиеся в верхних слоях атмосферы, уменьшают интенсив­ность солнечной радиации, попадающей на поверхность Земли.

Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей имеют ряд осо­бенностей, которые также связаны с сильноразреженной газовой фазой, представляющей дисперсионную среду. Для них характерны явления термофореза, фотофореза, термопреципитации. Термофорезом называется движение частиц аэрозоля в направлении от теплового источника. Термофорез можно объяснить тем, что с более нагретой сто­роны твердой или жидкой частицы молекулы газа приобретают большую скорость, так как обладают большей кинетической энергией, сообщая при этом аэрозольной частице импульс в на­правлении понижения температуры.

Фотофорезом называется направленное движение аэро­зольных частиц под действием светового излучения. Фотофорез является частным случаем термофореза. Он обу­словлен неравномерным нагревом частиц дисперсной фазы и дис­персионной среды, главным образом из-за различной их способ­ности поглощать свет.

Термофорез и фотофорез имеют большое значение в процессе движения атмосферных аэрозолей, например при образовании облаков, токсического и фотохимического смога.

Термопреципитацией называется осаждение аэрозоль­ных частиц на холодных поверхностях вследствие по­тери ими кинетической энергии при соприкосновении с такими поверхностями. Осаждение пыли на стенах и потолке вблизи печей, радиато­ров отопления, электронагревателей объясняется явлением тер­мопреципитации. В газовой среде частицы дисперсной фазы, как правило, не имеют заряда и сольватных оболочек. В то же время в естествен­ных условиях под действием космических лучей и радиоактив­ного излучения Земли происходит ионизация газообразных мо­лекул, главным образом молекул кислорода, в результате чего образуются положительные (O2(+)) либо отрицательные (О2(-)) ионы, так называемые легкие ионы. Эти ионы могут адсорбироваться на поверхности аэрозольных частиц, сообщая им заряд.

Легкие ионы и заряженные аэрозольные частицы, попадая в организм человека, оказывают определенное физиологическое воздействие на него. При этом важное значение имеют химическая природа носителя заряда, количество заряженных частиц в воздухе и знак заряда этих частиц. Считается, что отрица­тельно заряженные ионы полезны для организма, а положительно заряженные, наоборот, вредны, что, по-видимому, объ­ясняется отрицательным зарядом поверхности многих клеток и тканей организма, например эритроцитов крови.

Аэрозоли - системы, в принципе, нестабильные. Частицы не только могут осаждаться под действием сил гравитации, но и способны к коагуляции. Как и в коллоидных растворах, в аэрозолях различают два вида устойчивости: седиментационную и агрегативную. Седиментационная устойчивость, несмотря на от­носительно крупные размеры аэрозольных частиц, обеспечивает­ся высокой интенсивностью броуновского движения этих частиц в газовой среде. Вместе с тем агрегативная устойчивость аэрозо­лей гораздо меньше, чем коллоидных растворов, что связано с отсутствием сольватных оболочек на поверхности аэрозольных частиц, которые могли бы создавать расклинивающее давление между частицами при их сближении. Поэтому столкновение частиц, как правило, приводит к их слипанию - коагуляции.

Скорость коагуляции зависит от заряда аэрозольных час­тиц. При разноименных электрических зарядах она резко воз­растает, в то время как одноименные заряды препятствуют коа­гуляции. Сильное электрическое поле способствует коагуляции незаряженных аэрозольных частиц, так как под действием по­ля частицы поляризуются, в результате чего увеличивается вероятность их столкновения и слипания.

В основе очистки окружающего нас воздуха от загрязняющих его аэрозолей лежат главным образом явления адсорбции, коагу­ляции и седиментации. Для этого используют различные способы, в зависимости от размеров аэрозольных частиц и их заряда.

1. Если частицы достаточно крупны, то очищаемый воздух пропускают через центрифуги, циклоны и фильтры, где под дей­ствием центробежных и гравитационных сил частицы оседают.

2. Для очистки воздуха от мелких частиц, несущих электри­ческий заряд, используют электрофильтры. Очищаемый воздух пропускается сквозь сетчатые фильтры, на которые подаются по­очередно положительный и отрицательный заряды. При этом частицы аэрозоля теряют свой заряд, их агрегативная устойчи­вость уменьшается, что приводит к слипанию частиц и оседанию на фильтре.

3. Чтобы очистить воздух от мелких частиц, не имеющих электрического заряда, необходимо предварительно провести ио­низацию воздуха, а затем пропустить его через электрофильтры.

Различные промышленные производства и современные виды транспорта выбрасывают в атмосферу громадные количества вред­ных веществ в виде дымов, пыли и туманов, которые загрязняют окружающую человека среду, уничтожают растительность и на­носят вред здоровью людей и животных. Некоторые аэрозоли, со­держащие даже инертные в химическом отношении вещества в виде мельчайших твердых и жидких частиц, попадая в дыха­тельные пути, вызывают легочные заболевания, а также раз­личные виды аллергии. Грубые частицы пыли, размером свыше 5 10 -6 м, при дыхании через нос в легкие не попадают, осаж­даясь в каналах носоглотки. Частицы размером (2-5) 10 -6 м задерживаются в носоглотке на 90 %, частично попадая в верх­ние дыхательные пути и в бронхи, где осаждаются, обволакива­ются слизью, а затем удаляются через верхние дыхательные пу­ти. Частицы же меньших размеров, менее (1-2) 10 -6 м, прони­кают в альвеолы легких, где могут осаждаться. Более 50 % частиц, попавших в альвеолы, выстилают их поверхность, бло­кируя кислородный обмен и нарушая дыхательную функцию легких. Когда частицы, микроорганизмы или вирусы попадают в альвеолы, их растворимые части всасываются в кровь, оказы­вая вредное воздействие на организм в случае поступления в него токсичных веществ. Вредное действие могут оказывать также и нерастворимые нетоксичные частицы.

Болезни, вызываемые действием различных пылей на легкие, называются пневмокониозами. В зависимости от природы пыли различают много видов пневмокониозов: силикоз (кварцевая пыль, Si0 2), антракоз (угольная пыль, С), асбестоз (асбестовая пыль, Mg3(OH)4) и др. Пыли, вызывающие пневмокониозы, как правило, относятся к диспергационным аэрозолям. Не меньшую опасность для здоровья людей представляют и кон­денсационные аэрозоли, особенно аэрозоли металлов и оксидов металлов, образующиеся в металлургии при обогащении руд и разливке расплавленных металлов. Установлено, что кластеры металлов, образующиеся при их горячей разливке, подобно ви­русам способны проникать сквозь клеточные мембраны и на­рушать жизнедеятельность клеток.

В последнее время особое внимание медиков привлекают аэрозоли, содержащие цветочную пыльцу, вирусы, различные микроорганизмы, поскольку они являются источником острых аллергических заболеваний у людей. Вместе с тем в современ­ной медицине специально получаемые аэрозоли широко ис­пользуют для дезинфекции помещений и лечения многих заболеваний: ингаляция антибиотиков и других лекарственных средств, аэрозольная вакцинация, обработка ран, ожогов, эро­зий, мелких травм.

Классификация

В зависимости от природы аэрозоли подразделяют на естественные и искусственные. Естественные аэрозоли образуются вследствие природных сил, например при вулканических извержениях, сочетании эрозии почвы с ветром, явлениях в атмосфере. Искусственные аэрозоли образуются в результате хозяйственной деятельности человека. Важное место среди них занимают промышленные аэрозоли. Примером промышленного аэрозоля может служить газовый баллончик .

Свойства

Особенностями аэрозолей являются малая вязкость газовой дисперсионной среды и большой пробег молекул газа по сравнению с размером частиц. Поэтому несмотря на сравнительно большой размер частиц в аэрозолях происходит интенсивное броуновское движение . Частицы аэрозолей заряжены вследствие захвата ионов , которые всегда имеются в газе. Ввиду разряженности газовой среды на частицах аэрозолей не возникает двойного электрического слоя . По этой же причине, в отличие от коллоидных систем , заряд у частиц может быть неодинаковым по величине и даже разным по знаку. Вследствие интенсивного броуновского движения и отсутствия факторов стабилизации аэрозоли агрегатно неустойчивы. Частицы объединяются в крупные агрегаты, быстро оседающие в газовой среде.

Различают двухфазные и трёхфазные аэрозоли. В первых газовая фаза состоит из паров выталкивающего газа и паров лекарственных веществ - концентрата. Величина распыляемых капель зависит от соотношения пропеллента и концентрата: чем меньше концентрата, тем мельче капельки (5-10 мкм). Трёхфазные аэрозоли образуются в том случае, если раствор концентрата не смешивается с жидким пропеллентом.

См. также

Литература

• Аэрозоли - статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
• АЭРОЗОЛИ . Химическая энциклопедия . XuMuK.ru. Архивировано из первоисточника 9 февраля 2012. Проверено 3 сентября 2011.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Аэрозоль" в других словарях:

Аэрозоль … Орфографический словарь-справочник

- (от греч. аеr воздух и нем. Sol раствор) система газа со взвешенными в нем твердыми и жидкими частицами. Естественными аэрозолями являются туман, воздух, насыщенный пыльцой растений, пыльный воздух. Очень вредны технические аэрозоли с… … Экологический словарь

- [Словарь иностранных слов русского языка

Аэрозоль - – баллон, распыляющий упакованную под давлением жидкую краску в виде мельчайших частиц. [Научно технический энциклопедический словарь] Аэрозоль – дисперсные системы, состоящие из мелких частиц, взвешенных в воздухе или другом газе… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Смог Словарь русских синонимов. аэрозоль сущ., кол во синонимов: 4 пшикалка (5) смог … Словарь синонимов

АЭРОЗОЛЬ, суспензия из жидких или твердых частиц в газе. Примером аэрозоля на основе жидкости является туман миллионы крошечных капелек воды, взвешенные в воздухе; находящийся в воздухе дым или пыль пример твердотельного аэрозоля. Выпускаемые… … Научно-технический энциклопедический словарь

- (a. aerosol; н. Aerosol; ф. aerosol; и. aerosol) твёрдые или жидкие частицы, взвешенные в газообразной среде; присутствуют в атмосфере шахт, карьеров, обогатит. ф к. Пo характеру образования различают диспергац. и конденсац. A.… … Геологическая энциклопедия

Коллоидная система, состоящая из твёрдых и жидких частиц, которые взвешены в газовой среде. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом, 2010 … Термины атомной энергетики

аэрозоль - я, м. aérosol m., нем. 1. Мельчайшие частицы твердого или жидкого вещества, находящиеся во взвешенном состоянии в газообразной среде. БАС 2. 2. Лекарственный, химический и т. п. содержащийся под давлением в специальной упаковке с распылителем.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Газообразная среда со взвешенными в ней твердвми или жидкими частицами. Обычно размеры частиц лежат в пределах 0,001 1000 мкм. Различают пыли (твердые частицы, взвешенные в газообразной среде), дымы (продукты конденсации газа) и туманы (жидкие… … Словарь бизнес-терминов

аэрозоль - Дисперсные системы, состоящие из мелких частиц, взвешенных в воздухе или другом газе (пыль, дым, туман, смог). [ГОСТ Р 51109 97] [ГОСТ Р 12.4.233 2007] Тематики промышленная чистотасредства индивидуальной защиты … Справочник технического переводчика