Текстовый материал для учащихся Дисперсная система



Скачать 99.21 Kb.
Дата14.07.2018
Размер99.21 Kb.

Текстовый материал для учащихся

Дисперсная система

Диспе́рсная систе́ма – это гетерогенная система, состоящая из двух или большего числа фаз, которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда). Особые свойства дисперсных систем обусловлены именно малым размером частиц и наличием большой межфазной поверхности. В зависимости от размера частиц различают грубодисперсные и мелкодисперсные системы. В таблице 1 приведены типы дисперсных систем в зависимости от размера частиц и агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Таблица 1.Типы дисперсных систем


Дисперсная система

Описание

Примеры

Грубодисперсные системы

Суспензия

Твердое вещество в жидкости, размер твердых частиц 1–10 мкм

Зубная паста

Эмульсия

Капли жидкости в жидкости

Молоко, маргарин, сливочное масло, мороженое

Мелкодисперсные системы

Золь

Твердое вещество в жидкости, размер твердых частиц до 1 мкм

Сок, компот

Аэрозоль

Капли жидкости в газе (туманы) или твердые частицы в газе (дымы)

Туман, дым, пыль в воздухе

Пена

Пузырьки газа в жидкости

Взбитые сливки

Твердые коллоидные системы

Разные частицы, распределенные в твердом веществе

Безе, рубиновое стекло, губка

Аэрозоли

Аэрозо́лями называют такие дисперсные системы, которые состоят из взвешенных в газовой среде (дисперсионной среде), обычно в воздухе, мелких частиц (дисперсной фазы). Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твёрдых частиц, если они не выпадают в осадок, говорят о дымах (свободнодисперсных аэрозолях) либо о пыли (грубодисперсном аэрозоле). Размеры частиц в аэрозолях изменяются от нескольких миллиметров до нескольких нанометров.

Воздух, которым мы дышим, – аэрозоль: в каждом кубическом сантиметре воздуха плавают десятки тысяч взвешенных частиц. Самые крупные частицы размером в несколько микрон можно видеть невооруженным глазом в пучке солнечных лучей. Более мелкие частицы можно обнаружить только с помощью специального оборудования или при их массовом оседании на поверхностях.

Хотя частиц в единице объема много, весовая концентрация их из-за малой массы очень низка: в городах – от 0,2 до 20 мг/м3, а вдали от городов в безветренную погоду – сотые доли мг/м3. Даже в атмосферных облаках и туманах концентрация водяных капелек обычно не превышает 1 г/м3. Но, несмотря на маленькую концентрацию, аэрозоли играют в жизни человека и природы весьма важную роль.

Взвешенные частицы (РМ – particulate matter) представляют собой широко распространенный загрязнитель атмосферного воздуха, включающий смесь твердых и жидких частиц, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии.

К показателям, которые обычно используются для характеристики РМ и имеют значение для здоровья, относятся массовая концентрация частиц диаметром менее 10 мкм (PM10) и частиц диаметром менее 2,5 мкм (PM2,5).

В PM2,5, которые часто называют мелкодисперсными взвешенными частицами, также входят ультрамелкодисперсные частицы диаметром менее 0,1 мкм. На территории большинства европейских стран PM2,5 составляют 50–70% PM10. РМ диаметром от 0,1 мкм до 1 мкм могут находиться в атмосферном воздухе в течение многих дней и недель и, соответственно, подвергаться трансграничному переносу по воздуху на большие расстояния.

Физические и химические характеристики смеси взвешенных частиц меняются в зависимости от местонахождения. К наиболее распространенным химическим компонентам РМ относятся сульфаты, нитраты, аммиак, а также неорганические ионы, такие как ионы натрия, калия, кальция, магния и хлорид-ионы, углерод, металлы (в том числе ванадий, кадмий, медь, никель и цинк) и полициклические ароматические углеводороды.

В составе РМ также встречаются биологические компоненты, такие как аллергены и микроорганизмы.

Мелкодисперсные частицы играют важную роль в формировании климата нашей планеты. Так, частички аэрозоля являются так называемыми «ядрами конденсации» в атмосфере – на них конденсируется водяной пар. Таким образом образуются облака, которые поглощают длинноволновую радиацию, испускаемую поверхностью Земли (парниковый эффект). Не исключено, что избыточное поступление аэрозолей в атмосферу может способствовать повышению температуры.

Температура верхней части облаков в холодных и умеренных поясах обычно бывает ниже нуля, и капли находятся в переохлажденном состоянии. Такие облака устойчивы, дождь из них не идет. Однако в атмосфере во взвешенном состоянии находятся небольшие количества частиц некоторых минералов. Их называют ледяными ядрами, потому что соприкосновение их с переохлажденными каплями вызывает замерзание воды. Давление пара льда ниже, чем переохлажденной воды, и поэтому замерзшая частица конденсирует на себе пар. Льдинки растут и начинают падать, они сталкиваются с капельками, захватывают их, а затем, выйдя из холодной зоны, тают и выпадают на землю в виде дождя.

Атмосферные аэрозоли отличаются по составу. Они могут включать соединения кремния, алюминия, и других металлов, продукты износа дорожного покрытия и неполного сгорания топлива (угольные частицы и сажевый аэрозоль).

Биологическую часть атмосферного аэрозоля составляют всевозможные микроорганизмы, бактерии, грибки, споры, цветочная пыльца, семена, мелкие насекомые. Некоторые из них в жизнеспособном состоянии ветер переносит на тысячи километров. Этот перенос очень важен для распространения организмов по нашей планете, а также для опыления растений.

Следует отметить, что периоды массового пыления растений оказываются тяжёлыми для людей, страдающих поллинозом.

Попадание спор грибов во влажные помещения также может способствовать интенсивному развитию плесени с сопровождающимся разрушением строительных материалов и аллергическими проявлениями (и даже микозами) у населения.

В жидкости кондиционеров, промышленных и бытовых систем охлаждения, бойлерных и душевых установок, оборудования для респираторной терапии создаются благоприятные условия для развития бактерий рода легионелл. Тем самым возможно образование в воздухе мелкодисперсного бактериального аэрозоля, который, в свою очередь, может быть причиной острой респираторной инфекции.



Применение аэрозолей

Применение реагентов, активных веществ, воды в мелкодисперсной форме позволяет оптимизировать их расход, формировать тонкие защитные слои. Первое место по масштабам принадлежит аэрозолям из жидких и твердых топлив, которые распыляются в форсунках или инжекторах и образуют туман, который затем сжигается в топках паровых котлов или цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Краски в виде аэрозолей вытесняют малярную кисть. Обработка посевов от фитопатогенных микроорганизмов, дезинфекция помещений, лечение респираторных заболеваний производятся с помощью технологии аэрозолей.

В промышленности и в быту часто используются аэрозольные баллончики. Принцип их работы заключается в следующем: в баллончики под давлением помещают растворы лаков, инсектицидов, лекарственных препаратов, косметических и прочих средств в легкокипящих жидкостях –пропеллентах. При открытии клапана раствор вытесняется через сопло, пропеллент бурно вскипает, разрывает раствор на мелкие капельки и быстро испаряется; в воздухе остается облако аэрозоля.

Мелкодисперсная вода используется при тушении пожаров, орошении посевов, охлаждении стенок реакторов, увлажнении и очистке промышленных газов от пыли и газообразных примесей, борьбе с пылью в шахтах.



Газы, используемые в качестве пропеллентов:

  • фреоны (хладоны) – насыщенные фторуглероды или полифторуглеводороды (часто содержат также атомы Сl, реже – Вr). Фреоны использовались изначально, нетоксичны, негорючи (хладон 11(CFCl3), хладон 12(CF2Cl2), хладон 218 (CF3CF2CF3) и т. д.). Большинство фреонов запрещены к производству и потреблению;

  • углеводородные пропелленты (смеси пропана, н-бутана и изобутана – широко используются для бытовых нужд (лак для волос, дезодорант и т. д.), в некоторых медицинских (например, лекарство пантенол) и пищевых (масла, красители и т. п.) аэрозолях. Экстремально горючи и взрывоопасны;

  • диметиловый эфир и метил-этиловый эфир. Горючи;

  • оксид азота(I), углекислый газ – используются в основном для распыления пищевых продуктов (например, взбитые сливки). Эти газы также служат упаковочными газами, предотвращающими порчу продукта;

  • гидрофтороуглероды, например, 1,1,1,2-тетрафторэтан – для медицинских ингаляций, в баллонах со сжатым газом для продувки техники.

Когда был выяснен механизм образования дождя из переохлажденных облаков, возникла мысль: а нельзя ли стимулировать этот процесс, введя в облака искусственные ядра? Наиболее активными оказались частицы йодида серебра. Во многих странах проводились опыты по засеву облаков аэрозолями AgI. Облака удавалось заморозить, а вот вызвать осадки – не всегда.

Более успешно применение аэрозоля йодистого серебра для борьбы с градом. Градинки возникают в верхней части грозовых облаков, но из-за сильных восходящих течений задерживаются в облаке и успевают вырасти до опасных для посевов размеров. Если ввести в переохлажденное ядро грозового облака (а его можно определить при помощи радиолокатора) аэрозоль и таким образом заморозить капельки, то вместо града образуется мелкая ледяная крупа1.



Детектирование дисперсных систем

Для дисперсных систем характерен эффект Тиндаля – оптический эффект, при котором происходит рассеивание света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Эффект характерен для растворов коллоидных систем (например, золей металлов, разбавленных латексов, табачного дыма), в которых частицы и окружающая их среда различаются по показателю преломления.



Эффект Тиндаля аналогичен известному всем явлению, когда в комнате в пучке солнечного света хорошо видны сверкающие частички пыли. Этот эффект лежит в основе ряда оптических методов определения размеров, формы и концентрации коллоидных частиц и макромолекул. Следует отметить, что коллоидные растворы, где растворены достаточно большие молекулы (например, белки), – также характеризуются светорассеянием.

Типы фильтров для очистки воздуха:

  1. НЕРА-фильтр

Фильтры типа HEPA (High Efficiency Particulate Air – высокоэффективный сухой воздушный фильтр) изготавливаются из специального пористого материала на основе стекловолокна и относятся к классу фильтров тонкой очистки. Они способны задерживать до 99,995% всех частиц размерами от 0,3 мкм и больше. Они имеют сравнительно высокую стоимость. В зависимости от модели, они могут быть моющимися или сменными.

  1. Фильтр предварительной очистки

Фильтр предварительной очистки (механический фильтр) представляет собой мелкую сетку, на которой оседают крупные частицы-загрязнители, такие как шерсть домашних животных, тополиный пух. Такие фильтры устанавливаются практически на всем климатическом оборудовании. В первую очередь, они защищают от пыли и загрязнений двигатель самих приборов. Сетчатые фильтры являются постоянными  для очистки от пыли их достаточно промыть в теплой воде или пропылесосить.

  1. Водяной фильтр

Водяной фильтр представляет собой картридж с водой, через который продувается поступающий воздух. Частички воды эффективно улавливают пыль и, смачивая, утяжеляют ее. В результате пыль оседает в картридже, а в помещение поступает чистый воздух. Такой фильтр не только очищает, но и увлажняет воздух. Такого типа фильтры применяются в климатических комплексах.

  1. Фотокаталитический фильтр

Сущность фотокаталитического метода очистки воздуха состоит не просто в задержании, а в разложении и окислении токсичных примесей под действием ультрафиолетового излучения. Их эффективность очень высока, поскольку они очищают воздух от всех вредных примесей, включая вирусы, бактерии и газовые загрязнения (угарный газ, окись азота и т. д.). Размер уничтожаемых частиц  до 0,001 мкм (величина, сопоставимая с размерами молекул). Эффективность очистки имеет стабильно высокий показатель, не зависящий от выработки фильтра, и составляет 95%. Дополнительным плюсом фотокаталитических фильтров является долгий срок службы.

  1. Электростатический фильтр

Принцип действия электростатического (ионизирующего) фильтра основывается на притяжении зарядов противоположных полярностей. Здесь используются несколько металлических пластин, на которые с помощью преобразователя подается напряжение, достаточное для создания устойчивого электростатического поля. Пылинки, проходящие вместе с воздухом между пластинами, притягиваются и оседают на них. Электростатические фильтры могут уловить все частицы, способные приобретать заряд.

Такие фильтры удаляют из воздуха мелкие частицы пыли вплоть до 0,01 мкм. Электростатические фильтры хорошо очищают воздух от пыли и копоти, но не освобождают от таких токсичных загрязнителей, как окислы азота, формальдегиды и другие летучие органические соединения, присутствующие в воздухе бытовых и производственных помещений. Такие фильтры можно многократно очищать, что снижает стоимость эксплуатации прибора. Их часто комбинируются с HEPA и/или угольными фильтрами. Плюсом является небольшая стоимость и отсутствие эксплуатационных расходов.



  1. Угольный фильтр

Угольный фильтр предназначен для поглощения неприятных запахов, устранения табачного дыма, очищения воздуха от различных химических соединений. В его основе активированный уголь, способный поглощать (адсорбировать) вредные вещества. Угольные фильтры лучше других устраняют летучие и другие органические соединения. Однако их эффективность существенно снижается при повышенной влажности. Поэтому в воздухоочистителях угольные фильтры используются в комбинации с другими фильтрами (HEPA, электростатическими, фотокаталитическими). Угольные фильтры не подлежат восстановлению. Важно менять угольный фильтр через указанный производителем промежуток времени, поскольку по мере накопления токсинов и пыли фильтр может стать источником загрязнения.

  1. ULPA-фильтр

Фильтры ULPA (Ultra Low Penetrating Air) предназначены для очистки воздуха с эффективностью до 99,999 % от частиц диаметром более 0,1 мкм, они способны удалять из воздуха помещения практически все вирусы. Ранее эта технология была использовалась для очистки воздуха в послеоперационных палатах, а сегодня применяется и для бытовых очистителей. В отличие от НЕРА-фильтр он содержит максимальное количество тонких волокон.

https://market.yandex.ru



1 По материалам статьи: Фукс Н.А. (1971). Аэрозоли – друзья и аэрозоли – враги. Химия и жизнь, 44-49.




Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница