Что такое спрей и чем он отличается от аэрозоля? Аэрозоли. что это такое и почему именно аэрозоли

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...

При слове «аэрозоль» нам обычно представляется баллончик, из которого распыляется нечто полезное – либо средство от тараканов и мух, либо лекарство для горла. Такое представление, в принципе, соответствует действительности, но лишь отчасти.

Для начала разберёмся, какой смысл вкладывается в слово «аэрозоль» вообще. С точки зрения физики аэрозоль – это разновидность дисперсной системы. Что такое дисперсная система? Это сочетание физических тел (в данном случае они называются фазами), которые находятся в разных агрегатных состояниях (твёрдом, жидком или газообразном) или даже в одном (за исключением тех случаев, когда оба тела газообразные – при этом дисперсной системы не получится), но при этом не смешиваются друг с другом и не вступают в химическую реакцию, причём одно из них (оно называется дисперсионной фазой) равномерно распределяется во втором (дисперсионной среде). Агрегатным состоянием каждой из этих двух составляющих как раз и определяется разновидность аэрозолей.

Так вот, если дисперсная среда будет газообразной, а распределенная в ней дисперсная фаза жидкой или твёрдой – это и есть аэрозоль. Если быть точным, это будет один из двух видов аэрозолей, причём с обоими видами мы встречаемся практически каждый день. Так, облака, плывущие над землёй, или туман, покрывающий долины в предрассветный час – это тоже аэрозоли. В данном случае в газообразной дисперсионной среде взвешены мельчайшие капельки жидкости. Нечто подобное можно наблюдать и возле фонтанов или водопадов.

Дым – это тоже аэрозоль, в данном случае дисперсная фаза, взвешенная в воздухе, представлена мельчайшими твёрдыми частицами несгоревшего топлива. И даже пыль в воздухе – это тоже аэрозоль! Такой аэрозоль называется грубодисперсионным. Взвешенная в воздухе пыльца растений во время цветения, не дающая покоя тем, кто страдает аллергией – это тоже аэрозоль.

Но это ещё не самое удивительное. Аэрозоли бывают… живыми! Об этом можно говорить в том случае, если рассеянные в воздухе твёрдые частицы представляют собой какие-то микроорганизмы – например, бактерии. Впервые подобное явление обнаружил французский учёный Луи Пастер – объяснив таким образом, как инфекционный заболевания могут передаваться воздушно-капельным путём. Такой «живой аэрозоль» иначе называется аэропланктоном, и обнаруживали этих бактерий не только у земной поверхности, но и на изрядной высоте – в 70 км над поверхностью Земли! Итак, с аэрозолями в природе мы более или менее разобрались, а какие аэрозоли создаёт человек на пользу себе?

Прежде всего, аэрозоли используются в медицине. Ещё в древности помещения, где находились больные, окуривали дымом, образующимся при сжигании лекарственных растений. Определённую пользу это приносило, но в наше время существуют более эффективные способы, например – ингаляция. Раствор лекарства либо нагревают, либо подвергают какому-то другому воздействию (например, ультразвуком), в результате чего она превращается в аэрозоль, который и вдыхает больной. Лекарство таким образом глубоко проникает в дыхательные пути – это незаменимо, например, при лечении бронхита. Другой способ превращения лекарства в аэрозоль – распыление жидкости с помощью пульверизатора – устройства, действующего за счёт разницы в давлении. Аэрозолем можно обработать больное место «прицельно» – например, антибиотик в виде аэрозоли, которой опрыскивают горло, допустим даже беременным. В то же время, это не так мучительно, как смазывать горло лекарством.

В виде аэрозолей применяются не только лекарства, но и дезодоранты, упоминавшиеся уже яды для насекомых, краска, и даже оружие (газовые баллончики). И ещё один вид аэрозолей, к сожалению, созданный человеком – это смог.

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.

неоднородные системы, состоящие из взвешенных в газообразной среде частицтвердогоилижидкого вещества размером обычно 10~6 или 10~2 см. В криминалистике используются для выявления следов, их фиксации и пр. Некоторые виды А. используются правоохранительными органами при действиях в особых условиях (при массовых беспорядках и др.).

Отличное определение

Неполное определение ↓

АЭРОЗОЛИ

неоднородные полидисперсные системы из взвешенных в газообразной среде частиц твердого или жидкого вещества размером 10–6-10–2 см. Различают А. конденсационные (дымы, туманы, смог) и диспергационные (пыль и жидкие частицы). А. могут быть естественные и искусственные. Их свойства определяются природой вещества, из которого состоят частицы, природой дисперсионной среды, массовой концентрацией А. (общей массой частиц в ед. объема), частичной концентрацией (числом частиц в ед. объема), размером, формой и зарядом частиц. А. широко применяются в сельском хозяйстве (опыление растений инсектицидами, искусственное дождевание, борьба с градом и т.д.), промышленности (пневматическое, окрашивание, распыление топлива для сжигания и т.д.), медицине (аэрозолетерапия), метеорологии (для рассеивания туманов), для борьбы с запыленностью воздуха, загрязнением атмосферы и др. В гражданской защите большое значение имеют мероприятия по осаждению и устранению радиоактивных А. и аэрозольных ОВ при применении ОМП и техногенных авариях. Защитные свойства А. используются при световом излучении ядерного взрыва и лучевого оружия.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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