Аэрозоль как дисперсная система¶

Аэрозоль — дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде (обычно в воздухе). Размер частиц дисперсной фазы в аэрозолях составляет от нескольких нанометров до десятков микрометров; более крупные частицы быстро оседают под действием силы тяжести и в устойчивом взвешенном состоянии находиться не могут. Аэрозоли относятся к классу микрогетерогенных систем с газообразной дисперсионной средой и занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными суспензиями. Термин образован от слов «аэро» (воздух) и «золь» (коллоидная система).

¶Классификация

Аэрозоли классифицируют по нескольким признакам.

По агрегатному состоянию дисперсной фазы выделяют:

• Туманы — системы из капель жидкости в газе (облака, туман, распылённая краска).
• Дымы — системы из твёрдых частиц, образующихся при горении или конденсации паров (дым костра, выхлопные газы).
• Пыли — системы из твёрдых частиц, возникающих при механическом измельчении (пыль в шахтах, мука на мельнице).
• Смешанные — сочетающие капли и твёрдые частицы (смог).

По происхождению различают аэрозоли естественные (вулканический пепел, морская соль, пыльца растений, споры грибов) и искусственные, или антропогенные (промышленные выбросы, табачный дым, аэрозольные баллончики).

По дисперсности: высокодисперсные (частицы менее 1 мкм), среднедисперсные (1–10 мкм) и грубодисперсные (более 10 мкм). Дисперсность определяет седиментационную устойчивость, оптические свойства и поведение частиц в дыхательных путях человека.

¶Свойства

Аэрозольные частицы находятся в постоянном броуновском движении, сталкиваются, слипаются (коагулируют) и укрупняются, что постепенно приводит к осаждению. Устойчивость аэрозоля тем выше, чем меньше размер частиц и чем слабее их коагуляция.

Оптические свойства аэрозолей обусловлены рассеянием и поглощением света. Именно аэрозоли создают эффект «столба света» в тёмной комнате, голубой цвет неба (рэлеевское рассеяние) и красные закаты. Конденсационные ядра аэрозольного происхождения необходимы для образования облаков и осадков.

Электрические свойства: частицы могут нести заряд, приобретаемый при трении, горении или воздействии ионизирующего излучения. Заряженные аэрозоли осаждаются на поверхностях, что используется в электрофильтрах.

¶Образование и разрушение

Аэрозоли возникают двумя путями: диспергационным (механическое измельчение и распыление — дробление, помол, распыление жидкостей) и конденсационным (укрупнение молекул пара при охлаждении или химической реакции). Разрушение аэрозолей происходит за счёт седиментации, коагуляции, испарения капель и осаждения на поверхностях.

¶Аэрозоли в природе и технике

В атмосфере Земли аэрозоли играют заметную роль в радиационном балансе и климате: они отражают и поглощают солнечное излучение, влияют на облакообразование. Крупные естественные источники — вулканы, пыльные бури, лесные пожары, морские брызги.

В технике аэрозоли применяются в аэрозольных баллончиках (лаки, краски, дезодоранты, средства бытовой химии), в системах пожаротушения, в сельском хозяйстве для распыления пестицидов, в медицине для ингаляционного введения лекарств. Порошковые технологии, напыление покрытий, лазерная обработка материалов также связаны с аэрозольными системами.

¶Влияние на здоровье и экологию

Мелкие аэрозольные частицы (особенно размером менее 2,5 мкм, обозначаемые как PM2,5) способны проникать глубоко в лёгкие и bloodstream, вызывая респираторные и сердечно-сосудистые заболевания. Промышленные аэрозоли, содержащие тяжёлые металлы, асбест, кремнезём, представляют профессиональную опасность (силикоз, асбестоз). Аэрозольные загрязнения — предмет нормирования предельно допустимых концентраций.

¶Методы исследования и борьбы

Для изучения аэрозолей применяют импакторы, электронные микроскопы, лазерную диагностику, счётчики частиц. Для очистки газов от аэрозолей используют циклоны, электрофильтры, скрубберы, тканевые и волокнистые фильтры, а также средства индивидуальной защиты — респираторы.

¶Интересные факты

• Капля аэрозоля диаметром 1 мкм оседает в неподвижном воздухе со скоростью порядка 0,03 мм/с, то есть практически «висит».
• Облако — это природный аэрозоль, а конденсационные следы самолётов — искусственный.
• Аэрозольные баллончики как массовый продукт появились в 1940-х годах в США.