Аэрозоли

АЭРОЗОЛИ (от аэро... и золи), дисперсные системы, состоящие из мелких (твёрдых или жидких) частиц, взвешенных в воздухе или любой другой газовой среде. Совокупность этих частиц - дисперсная фаза - перемещается вместе с газовой дисперсионной средой. Частицы аэрозолей могут также смещаться относительно самой среды в результате броуновского движения, направленного движения под действием сил инерции, гравитации, электрического поля, давления света, под влиянием разности температур или концентраций частиц в различных местах системы.

При столкновении аэрозольных частиц происходит их коагуляция с образованием хлопьевидных скоплений (агрегатов), оседающих на поверхности твёрдого тела или жидкости. Однако частицы аэрозолей, несущие одноимённые электрические заряды (главным образом вследствие адсорбции на аэрозольных частицах присутствующих в газовой фазе ионов), взаимно отталкиваются и не склонны к коагуляции; такая система способна длительно сохранять агрегативную устойчивость. Свойства аэрозолей зависят от размера и формы частиц, их химической природы и структуры, величины и знака электрического заряда, температуры, давления, скорости и характера движения газовой среды. Размеры частиц аэрозолей находятся приблизительно в пределах от 1 до 10⁵ нм.

Аэрозоли образуются путём диспергирования (тонкого измельчения сравнительно крупных кусков твёрдого тела, распыления жидкости) или путём конденсации паров вещества в первоначально однородной (гомогенной) газовой среде.

В последнем случае в результате спонтанного скопления молекул (флуктуации плотности) в объёме пересыщенных паров формируются зародыши новой дисперсной фазы, которые затем превращаются в устойчивые жидкие или твёрдые микрочастицы. Путём диспергирования идёт образование атмосферной пыли в процессе выветривания горных пород, эрозии почвы, вулканических извержений; аналогично образуются аэрозольные загрязнения при механической обработке строительных материалов, добыче твёрдых полезных ископаемых, производстве и переработке порошкообразных продуктов. Диспергированием, используя различные средства распыления, получают аэрозоли с жидкой дисперсной фазой разного промышленного и бытового назначения. Путём конденсации в природных условиях при пересыщении атмосферного воздуха влагой возникают облака и туманы. При неполном сгорании топлива и в некоторых химических процессах образуется дым - аэрозоли с твёрдыми микрочастицами, в атмосфере экологически неблагоприятных промышленный районов - смог с разнородными аэрозольными частицами, находящимися как в жидком, так и твёрдом агрегатном состоянии.

Аэрозоли широко распространены в природе (смотри, например, Атмосферный аэрозоль), играют большую роль в различных технологических процессах, влияют на здоровье и повседневный быт человека. В виде аэрозолей используют лакокрасочные материалы для создания декоративных и защитных покрытий в машиностроении и строительстве. Распылением с помощью форсунок в аэрозоль превращают жидкое и твёрдое топливо при сжигании в тепловых энергетических установках, реактивных двигателях. Аэрозольные баллончики с различными препаратами бытовой химии широко применяются в повседневной жизни человека. В аэрозольном виде используют средства борьбы с бытовыми насекомыми и сельскохозяйственными вредителями, некоторые парфюмерные и гигиенические средства, лекарства (аэрозольтерапия), средства дезинфекции и пр. Способность аэрозолей рассеивать и поглощать свет используется в военном деле (маскирующие дымы) и пиротехнике (цветные дымы).

Вредны для здоровья аэрозоли, возникающие в подземных выработках при добыче каменного угля и рудного сырья, в заводских цехах металлургических и химических предприятий, при взрывных работах, сжигании топлива или органических отходов производства и потребления. Они загрязняют воздух и, действуя на органы дыхания и кожные покровы человека, могут вызывать острые и хронические заболевания (в том числе различные пневмокониозы). Особенно вредны для здоровья радиоактивные аэрозоли (смотри в статье Горячие частицы), а также аэрозоли, содержащие болезнетворные микроорганизмы, токсичные химические вещества. Большую опасность представляют пожаро- и взрывоопасные пыли (например, угольная, мучная, древесная, хлопковая, алюминиевая), которые могут образоваться в угольных шахтах, а также на мукомольных, деревообрабатывающих, текстильных и других предприятиях, перерабатывающих сыпучие и пылящие материалы.

Существует много эффективных средств защиты от вредных аэрозолей: от промышленных воздушных фильтров и различного рода поглотителей (смотри Пылеулавливание, Туманоулавливание) до индивидуальных средств защиты (противогаз, противопылевой респиратор и пр.). В борьбе с высокодисперсными аэрозолями очень эффективен фильтр Петрянова - слой нетканого материала из тонких полимерных нитей, задерживающий аэрозольные частицы разного происхождения. Однако важнейшей проблемой современного производства, во многих случаях успешно решаемой, остаётся создание и освоение таких технологических процессов, при которых образование аэрозольных загрязнений было бы полностью исключено.

Процессы образования и разрушения аэрозолей в окружающем пространстве, в том числе космическом, никогда не прекращаются. За один год в аэрозольные частицы превращается около 20 тонн различных твёрдых и жидких веществ в расчёте на 1 км² земной поверхности. Аэрозольные частицы поступают в атмосферу с поверхности суши, открытых водоёмов, из космоса. Разрушение аэрозолей различного происхождения и состава происходит естественным путём или его вызывают искусственно. Основные процессы, приводящие к распаду аэрозолей, - седиментация укрупнённых аэрозольных частиц под действием гравитационных или центробежных сил и осаждение частиц на поверхности твёрдого тела или жидкости под действием сил притяжения молекулярной или электростатической природы, а также испарение частиц, если они образованы из летучих веществ.

Аэрозоли одного типа можно использовать для разрушения аэрозолей другого типа. Например, в угольных шахтах зоны образования вредной для здоровья и взрывоопасной угольной пыли орошают водным аэрозолем (обычно с добавками поверхностно-активных веществ), который получают с помощью специальных распылителей. Капельки воды захватывают угольные частицы и вместе с ними осаждаются на отбитый уголь, стенки выработки и другие поверхности, очищая окружающее воздушное пространство. Другой пример: искусственный вызов дождя путём распыления в атмосферные облака химических реагентов, инициирующих процесс укрупнения водяных микрокапель.

Лит.: Грин Х., Лейн В. Аэрозоли - пыли, дымы, туманы. Л., 1969; Руденко К. Г., Каминков А. В. Обеспыливание и пылеулавливание при обработке полезных ископаемых. 3-е изд. М., 1987; Петрянов Соколов И. В., Сутугин А. Г. Аэрозоли. М., 1989; Щукин Е.Д., Перцов А. В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М., 1992. С. 328-335; Зимон А. Д. Аэрозоли, или Джинн, вырвавшийся из бутылки. М., 1993.