Физико-химия аэрозолей

Оглавление
Введение
1. Классификация аэрозолей
2. Способы получения аэрозолей
3. Общая характеристика аэрозолей
Список использованной литературы

Мелкие капельки расплавов этих солей получались путем конденсации перегретого пара. Для изучения фазовых превращений в частицах была использована высокотемпературная облачная камера. Методика исследования сводилась к тому, что отмечалось начало мерцания освещенных сбоку частиц, изменение в устойчивости аэрозоля и перемены в форме осевших частиц.В результате горения металлов при высокой температуре образуются окисные дымы. Окиси цинка и магния, образующиеся при горении металлов в воздухе, состоят из кристаллических частиц с такими же свойствами, что и в макроскопических образцах. На микрофотографиях показаны тетрагональные кристаллы окиси цинка (рис. 3) и кубические окиси магния (рис. 4). Очевидно, конденсация пара должна быть достаточно медленной, чтобы кристаллы успели вырасти. Эти кристаллы благодаря их устойчивости были одним из первых примеров применения электронного микроскопа для изучения субмикроскопической структуры. Из исследований под оптическим микроскопом уже было известно, что у обоих этих соединений более крупные частицы имеют кристаллическое строение, но с появлением электронного микроскопа было показано, что это свойство сохраняется вплоть до предела разрешающей способности этого микроскопа.Рис. 3. Электронная микрофотография частиц дыма оксида цинкаРис. 4. Электронная микрофотография частиц дыма оксида магния (подтенение золотом и палладием).3.1.3. ТуманыКонденсационные дымы с жидкими частицами и туманы состоят из сферических капелек, при слиянии которых вновь образуются сферы. Большой интерес представляют аэрозоли, образующиеся при распылении растворов твердых веществ в летучих жидкостях. После испарения растворителя частица твердого вещества может принять аморфную сферическую форму или же кристаллизоваться. Если растворитель очень летуч, то вначале может образоваться твердая сферическая оболочка и остатки растворителя будут удаляться путем диффузии сквозь оболочку, в результате чего образуется полый пористый шарик. С растворами высокополимерных соединений этого не происходит: они образуют прииспарении сплошные твердые шарики. Полученный высокодисперсный аэрозоль содержит очень мало агрегатов.При распылении водных растворов могут образовываться шарики я кристаллы. Частицы метиленового голубого, полученные таким же способом, как и полистироловые, обычно имеют сферическую форму, но в исключительных случаях могут впоследствии закристаллизоваться. Хлорид натрия образует кубические кристаллы вплоть до размеров в доли микрона. 3.2. Молекулярно-кинетические свойства аэрозолейОсобенности молекулярно-кинетических свойств аэрозолей обусловлены:- малой концентрацией частиц дисперсной фазы — так, если в 1 см3 гидрозоля золота содержится 1016 частиц, то в таком же объеме аэрозоля золота менее 107 частиц;- малой вязкостью дисперсионной среды — воздуха, следовательно, малым коэффициентом трения (В), возникающего при движении частиц;- малой плотностью дисперсионной среды, следовательно, ρчаст » ρгаза.Все это приводит к тому, что движение частиц в аэрозолях происходит значительно интенсивнее, чем в лиозолях.3.2.1 Скорость оседания частицЧастицы пыли, дыма или тумана при свободном падении быстро достигают такой постоянной скорости, при которой аэродинамическое сопротивление, действующее на частицу, становится равны ее массе. Если размер частицы сравним со средней длиной свободного пробега молекул газа, то удары этих молекул приводят к случайному (броуновскому) движению, которое накладывается на ее гравитационное оседание. При очень малых размерах частицы и коротком времени наблюдения падение ее полностью маскируется броуновским движением. При, рассмотрении скорости падения целесообразно взять простейший случай оседания жесткой сферической частицы в газе в отсутствие влияния других частиц и стенок сосуда. Если частица велика по сравнению с длиной свободного пробега газовых молекул, но не настолько велика, чтобы могли проявиться эффекты, связанные с инерцией газообразной среды, то применим закон Стокса. Приравнивая Стоксово сопротивление эффективной массе шара, имеем:где d - диаметр шара; v - его конечная скорость падения; ρ - его плотность; η - вязкость воздуха, ρꞌ - его плотность; g - ускорение силы тяжести. Таким образом, если пренебречь ρꞌ по сравнению с ρ:Закон Стокса справедлив, если можно пренебречь влиянием инерции воздуха, вытесненного шаром, или другими словами, если отношение сил инерции к силам вязкости, т. е. число Рейнольдсаочень мало.3.4. Электрические свойства аэрозолейАэрозоли могут заряжаться в процессе своего образования, и в дальнейшем этот заряд может изменяться вследствие коагуляции и захвата ионов частицами. Частицы аэрозоля захватывают атмосферные ионы, даже если аэрозоль первоначально не заряжен, и это приводит к некоторому распределению зарядов на частицах. Электризация изучалась на многих типах аэродисперсных систем, но основные закономерности зарядки частиц в литературе освещены еще недостаточно. Прикладные работы по зарядке аэрозолей получили широкое развитие, в частности большое практическое значение в промышленности имеет вопрос о заряде порошков при их распылении. Довольно обстоятельно изучены суммарные заряды аэрозолей, но о зарядах индивидуальных частиц и изменении их во времени известно еще сравнительно мало. Рассмотрим некоторые факторы, влияющие на электризацию аэрозолей.3.4.1. Электризация пылей.Первое систематическое исследование электризации пылевых облаков в процессе их образования было предпринято Раджем , изучавшим знак зарядов, возникающих при продувании порошков через металлическую трубку. Он пришел к заключению, что заряды образуются в самих порошках путем трения или контакта между частицами, различающимися по размерам или по состоянию поверхности, в результате чего из химически однородного порошка возникают частицы с зарядами обоих знаков. Раджу не удалось выяснить, электризуется ли сам воздух или газ, используемый для распыления порошков, или же в нем взвешены заряженные частицы. Полученные позднее другими исследователями результаты показали, что причиной обнаруженной электризации являются сами частицы. Другой интересный вывод Раджа заключался в том, что суммарный электрический заряд всех частиц, крупных и мелких, равен нулю. Из ранних опытов Раджа следовало, что пыль имеет отличный от нуля суммарный заряд, зависящий от ее химической природы, но его работа 1914 г. опровергла этот вывод. Природа газа, по-видимому, не имеет значения.При отделении друг от друга разных кристаллических поверхностей одного и того же вещества, а также при трении газа о твердое тело возникают, вообще говоря, лишь незначительные заряды, за исключением тех случаев, когда такие процессы происходят в очень крупных масштабах, как например, в песчаных и снежных бурях. Ограниченные имеющиеся данные по этому вопросу показывают, что наибольшие разности потенциалов между поверхностями одного и того же твердого тела наблюдаются в случае кристаллических пироэлектрических веществ.3.4.2. Электризация при распылении жидкостей.В 1910 г. де Бройль пришел к заключению, что при распылении неполярных жидкостей капельки не заряжаются, тогда как капельки полярных жидкостей могут приобретать весьма значительный заряд. Позднее было обнаружено, что в действительности неполярные жидкости также дают заряженные капельки, но эти заряды на несколько порядков меньше чем у полярных жидкостей, и де Бройль не обнаружил их из-за слишком малых размеров исследованных им капелек.Согласно Смолуховскому. заряд зависит от числа положи тельных и отрицательных ионов, находящихся в капельке в момент ее отделения от жидкости, т. е. определяется случайными флуктуациями концентрации ионов в жидкости и, следовательно:где σ2 – средний квадрат заряда капельки, выраженный через число элементарных зарядов; N – концентрация ионов одного знака в жидкости; V–объем капельки.3.4.3. Электризация аэрозолей при конденсации и горении.Частицы конденсационных аэрозолей, полученных при умеренных температурах, как правило, не заряжены, но вследствие диффузии к ним газовых ионов постепенно заряжаются, пока не будет достигнуто стационарное состояние. Уайтлоу-Грей и Паттерсон приводят пример такой электризации аэрозолей хлорида аммония, стеариновой кислоты в канифоли, полученных путем испарения при низкой температуре. Вначале число заряженных частиц составляло несколько процентов, но затем оно быстро увеличивалось, и в случае хлорида аммония через 2 ч было заряжено≈ 70%частиц, причем имелись некоторые указания на то, что по истечении этого времени доля заряженных частиц продолжала медленно расти. В дымах стеариновой кислоты число положительно и отрицательно заряженных частиц было приблизительно одинаково.В отсутствие других факторов содержащиеся в атмосфере частицы могут заряжаться лишь вследствие диффузии к ним ионов, образующихся главным образом под действием космических лучей. Этот процесс является случайным: в результате теплового движения и диффузии ионы сталкиваются с частицами, и в конце концов устанавливается статистическое распределение зарядов на частицах. доля заряженных частиц зависит от их размера, но число положительно и отрицательно заряженных частиц в отсутствие пристеночного и других эффектов должно быть одинаковым.В заключение можно сказать, что физико-химические свойства аэрозолей настолько разнообразны и интересны, что данный объем работы не позволяет их полностью раскрыть.Список использованной литературы1. Х. Грин, В. Лейн. Аэрозоли – пыли, дымы и туманы. Изд. 2-е, стер. Изд-во «Химия», 1972, с. 428.2. Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии. – М. : Издательский центр «Академия», 2007, - 240 с.3. Райст П. Аэрозоли. Введение в теорию: Пер. с англ. – М.: Мир, 1987. – 280 с.4. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. – 464 с.5. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. – Л.: Химия. 1984. – 300 с.