Аэрозоли, дисперсные системы

АЭРОЗОЛИ, коллоидные системы, состоящие из газовой среды, в к-рой взвешены твердые или жидкие частицы. К А. относятся дымы и туманы.

АЭРОЗОЛИ (от аэро... и золи), дисперсные системы, состоящие из частиц твёрдого тела или капель жидкости, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде (обычно в воздухе). К. А. относятся, напр., дымы, туманы, пыли, смог. В виде А. сжигают жидкое и порошкообразное топливо, наносят лакокрасочные покрытия, используются ядохимикаты, лекарств. препараты, продукты бытовой химии, парфюмерные изделия и д. р.

АЭРОЗОЛИ, применение в медицине,— системы, состоящие из твердых или жидких частиц, взвешенных в газообразной среде. А. широко распространены в природе (туманы, облака и др.). А. используются в производственной деятельности человека — в промышленности и сельском хозяйстве, а также в быту при различных способах получения, переработки и применения ряда материалов. Борьба с вредителями и болезнями культурных растений и лесов, вредными бытовыми насекомыми ведется с помощью А. из ядохимикатов и инсектицидов. При несоблюдении правил защиты от промышленных и с.-х. А. возможны отравления и профзаболевания. Для предупреждения попадания этих А. в атмосферу, загрязнения окружающей среды прибегают к специальным устройствам, делают очистные сооружения и др.

В медицине нек-рые лекарственные вещества используют в виде А. для лечения ран, при нек-рых поражениях кожных покровов, для вдыхания при лечении ряда болезней. Благодаря очень малым размерам частиц А. проникают в наиболее глубоко расположенные отделы бронхов и легких, осаждаясь непосредственно на их слизистой оболочке и всасываясь в кровь; тем самым лекарственные вещества действуют более быстро и эффективно. Активность А. усиливается при придании им электрического заряда (электроаэрозоли). Лечение вдыханием (ингаляцией) А. лекарственных веществ называется аэрозольтерапией. Ее применяют гл. обр. для профилактики и лечения инфекционных, вирусных (особенно гриппа), профессиональных и других заболеваний дыхательных путей, бронхиальной астмы с нетяжелым течением. Для аэрозольтерапии используют различные р-ры антибиотиков, бронхорасширяющих средств, щелочных, щелочно-соляных и других минеральных вод, лекарственных масляных р-ров и др. Для проведения аэрозольтерапии применяют различные аэрозольные ингаляторы.

Большая российская энциклопедия. Том 2. — Москва, 2005. — С. 604—605 // Электронная версия

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

При столкновении аэрозольных частиц происходит их коагуляция с образованием хлопьевидных скоплений (агрегатов), оседающих на поверхности твёрдого тела или жидкости. Однако частицы А., несущие одноимённые электрич. заряды (гл. обр. 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 А. зависят от размера и формы частиц, их химич. природы и структуры, величины и знака электрич. заряда, темп-ры, давления, скорости и характера движения газовой среды. Размеры частиц А. находятся приблизительно в пределах от 1 до 10⁵ нм.

А. 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, вулканич. извержений; аналогично образуются аэрозольные загрязнения при механич. обработке строит. материалов, добыче твёрдых полезных ископаемых, произ-ве и переработке порошкообразных продуктов. Диспергированием, используя разл. средства распыления, получают А. с жидкой дисперсной фазой разного пром. и бытового назначения. Путём конденсации в природных условиях при пересыщении атмосферного воздуха влагой возникают облака и туманы. При неполном сгорании топлива и в некоторых химич. процессах образуется дым – А. с твёрдыми микрочастицами, в атмосфере экологически неблагоприятных пром. районов – смог с разнородными аэрозольными частицами, находящимися как в жидком, так и твёрдом агрегатном состоянии.

А. широко распространены в природе (см., напр., Атмосферный аэрозоль), играют большую роль в разл. технологич. процессах, влияют на здоровье и повседневный быт человека. В виде А. используют лакокрасочные материалы для создания декоративных и защитных покрытий в машиностроении и строительстве. Распылением с помощью форсунок в А. превращают жидкое и твёрдое топливо при сжигании в тепловых энергетич. установках, реактивных двигателях. Аэрозольные баллончики с разл. препаратами бытовой химии широко применяются в повседневной жизни человека. В аэрозольном виде используют средства борьбы с бытовыми насекомыми и с.-х. вредителями, некоторые парфюмерные и гигиенич. средства, лекарства (аэрозольтерапия), средства дезинфекции и пр. Способность А. рассеивать и поглощать свет используется в воен. деле (маскирующие дымы) и пиротехнике (цветные дымы).

Вредны для здоровья А., возникающие в подземных выработках при добыче каменного угля и рудного сырья, в заводских цехах металлургич. и химич. предприятий, при взрывных работах, сжигании топлива или органич. отходов произ-ва и потребления. Они загрязняют воздух и, действуя на органы дыхания и кожные покровы человека, могут вызывать острые и хронич. заболевания (в т. ч. разл. пневмокониозы). Особенно вредны для здоровья радиоактивные А. (см. в ст. Горячие частицы), а также А., содержащие болезнетворные микроорганизмы, токсичные химич. вещества. Большую опасность представляют пожаро- и взрывоопасные пыли (напр., угольная, мучная, древесная, хлопковая, алюминиевая), которые могут образоваться в угольных шахтах, а также на мукомольных, деревообрабатывающих, текстильных и др. предприятиях, перерабатывающих сыпучие и пылящие материалы.

Существует много эффективных средств защиты от вредных А.: от пром. воздушных фильтров и разл. рода поглотителей (см. Пылеулавливание, Туманоулавливание) до индивидуальных средств защиты (противогаз, противопылевой респиратор и пр.). В борьбе с высокодисперсными А. очень эффективен фильтр Петрянова – слой нетканого материала из тонких полимерных нитей, задерживающий аэрозольные частицы разного происхождения. Однако важнейшей проблемой совр. произ-ва, во мн. случаях успешно решаемой, остаётся создание и освоение таких технологич. процессов, при которых образование аэрозольных загрязнений было бы полностью исключено.

Процессы образования и разрушения А. в окружающем пространстве, в т. ч. космическом, никогда не прекращаются. За один год в аэрозольные частицы превращается ок. 20 т разл. твёрдых и жидких веществ в расчёте на 1 км² земной поверхности. Аэрозольные частицы поступают в атмосферу с поверхности суши, открытых водоёмов, из космоса. Разрушение А. разл. происхождения и состава происходит естеств. путём или его вызывают искусственно. Осн. процессы, приводящие к распаду А., – седиментация укрупнённых аэрозольных частиц под действием гравитац. или центробежных сил и осаждение частиц на поверхности твёрдого тела или жидкости под действием сил притяжения молекулярной или электростатич. природы, а также испарение частиц, если они образованы из летучих веществ.

А. одного типа можно использовать для разрушения А. др. типа. Напр., в угольных шахтах зоны образования вредной для здоровья и взрывоопасной угольной пыли орошают водным А. (обычно с добавками поверхностно-активных веществ), который получают с помощью спец. распылителей. Капельки воды захватывают угольные частицы и вместе с ними осаждаются на отбитый уголь, стенки выработки и др. поверхности, очищая окружающее воздушное пространство. Др. пример: искусств. вызов дождя путём распыления в атмосферные облака химич. 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; Щук ин 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.

Размеры частиц в аэрозолях изменяются от нескольких миллиметров до 10⁻⁷ мм.

Аэрозоли образуются при механическом измельчении и распылении твёрдых тел или жидкостей: при дроблении, истирании, взрывах, горении, распылении в пульверизаторах.

Классификация

Аэрозоли — разновидность золей. В зависимости от природы аэрозоли подразделяют на естественные и искусственные. Естественные аэрозоли образуются под действием 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. В настоящее время с помощью аэрозолей можно тушить пожары.

Свойства

Особенностями аэрозолей являются малая вязкость газовой дисперсионной среды и большой свободный 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 разрежённости 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 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.

Измерение

Дымомер (со снятой крышкой) c абсорбирующей бумагой

Основной физической величиной связанной с воздействием аэрозолей на людей является массовая концентрация аэрозоля. Основным методом измерения массовой концентрации аэрозоля являлся гравиметрический метод, основанный на выделенной из известного объема исследуемого воздуха частиц и измерения их массы. Косвенные методы основаны на физических явлениях, параметры которых изменяются в зависимости от концентрации пыли в исследуемой воздушной среде. Наиболее широко применяют косвенные методы: оптический, электроиндукционный, радиоизотопный и пьезоэлектрический. Диапазон концентраций взвешенных частиц, нормируемый в различных нормативных документах, лежит в пределах от 20 до 1500 мг/куб. м. В России существует Государственная поверочную схема для средств измерений дисперсных параметров аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов, установленная ГОСТ 8.606-2012. В России на 2015 в реестр средств измерений массовой концентрации частиц аэродисперсных сред было внесено более 80 типов анализаторов.

В России в рамках стандартизации государственной системы обеспечения единства измерений дисперсные характеристики аэрозолей регулируются ГОСТ Р 8.961-2019.

Средства измерений размеров и концентрации частиц в аэродисперсной среде аэрозолей широко применяются в экологии и санитарии, медицине и биологии, промышленности, электронике, научных исследованиях.

См. также

Примечания

Окрепилов В.В. (ред.) Российская метрологическая энциклопедия. Том 1 — СПб.: Лики России, 2015

Литература

Аэрозоли // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров.— 3-е изд.— М.: Советская энциклопедия, 1969—1978.
АЭРОЗОЛИ. Химическая энциклопедия. XuMuK.ru.