Аэрозоли. 
Физическая и коллоидная химия. 
Часть 2. Коллоидная химия

Аэрозолями называют свободнодисперсные системы с газообразной средой и дисперсной фазой, состоящей из твердых или жидких частиц. Аэрозоли делят на туманы — системы с жидкой дисперсионной средой и дымы — системы с твердыми частицами. К дымам следует отнести и пыли — системы с твердыми, но более крупными частицами. Образующийся в результате сгорания топлива «дым» содержит часто наряду с частицами твердой фазы и жидкие частицы перегонки топлива и капли воды. Дымы, в которых частицы дисперсной фазы адсорбировали значительное количество влаги из атмосферы, являются одновременно и дымами, и туманами. Такого рода системы часто образуются при большом содержании влаги в задымленной атмосфере над большими промышленными городами, их называют особым термином — «смог».

В зависимости от метода получения аэрозоли делят на диспергационные, образующиеся при измельчении и распылении веществ, и конденсационные, получаемые конденсацией из пересыщенных паров, а также — в результате реакций, протекающих в газовой фазе.

По степени дисперсности аэрозоли с твердой дисперсной фазой принято делить на дымы с частицами (в основном конденсационного происхождения) размером от 1 нм до 10 мкм и на пыли, размер частиц которых обычно больше 10 мкм. Туманы, как правило, имеют довольно крупные капельки: размер их от 0,1 до 10 мкм.

Аэрозоли — сравнительно сильно разреженные системы с низким коэффициентом внутреннего трения дисперсионной среды. Седиментация и диффузия частиц аэрозолей протекают очень быстро. Аэрозоли получают обычно в отсутствие ПАВ, поэтому они крайне агрегативно неустойчивы. Их длительное существование связано с высокой дисперсностью (участием в броуновском движении) и малой концентрацией дисперсной фазы. Следовательно, устойчивость аэрозолей является, в основном, кинетической.

По ряду свойств аэрозоли подобны коллоидным растворам: для них характерны термодинамическая неустойчивость, броуновское движение, диффузия, седиментация, эффект Тиндаля, избирательное светорассеяние, электрофорез и т. д. Газовая дисперсионная среда вносит некоторые особенности в поведение этих систем: светорассеяние в аэрозолях значительно сильнее, чем в коллоидных растворах, броуновское движение и диффузия — более интенсивны. Электрический заряд дисперсных частиц аэрозолей ничтожно мал, а поскольку воздух является плохим проводником электрического тока, электрофорез в них протекает очень слабо.

К нарушению устойчивости аэрозолей приводят следующие факторы: седиментация частиц, коагуляция, протекающая в газовой среде благодаря броуновскому движению с большой скоростью, которая еще более возрастает с увеличением концентрации аэрозоля. На устойчивость туманов особенно влияет изменение температуры, так как их равновесное состояние возможно только при условии, когда давление насыщенного пара дисперсных жидких частиц (Р) равно давлению насыщенного пара жидкости, из которой они образованы (Р°) жидкости. При Р > Р° идет испарение капель, а при Р < Р° — конденсация.

К особенностям физических свойств аэрозолей относятся термофорез и термопреципитация, т. е. удаление дисперсных частиц аэрозолей от нагретой и осаждение их на холодной поверхностях. Этими явлениями объясняется, например, осаждение пыли на стенах и потолке около обогревательных устройств.

Другое специфическое свойство аэрозолей — фотофорез, т. е. направленное движение частиц дисперсной фазы к источнику света или от источника света. Этот эффект обусловлен неравномерным нагревом частиц и среды, главным образом из-за различной их способности отражать и поглощать свет. Особенно интенсивен фотофорез окрашенных дисперсных частиц. Явления термофореза и фотофореза чрезвычайно сильно проявляются в атмосферных аэрозолях при образовании и перемещении облаков и туманов.

Аэрозоли имеют большое практическое значение. Облака и туманы в атмосфере, связанные с ним дождь, снег, гроза. Туманы, получаемые механическим диспергированием, применяют для опыления, опрыскивания, увлажнения, создания защитных завес. Устойчивые туманы образуются в производстве серной, соляной и фосфорной кислот, во многих химических процессах. Вследствие высокой дисперсности и часто сильной агрессивности частиц разрушение таких туманов является весьма сложным и дорогостоящим процессом. Аэрозоли в виде дыма и пыли сопутствуют практически каждому производству.

Для разрушения аэрозолей и улавливания дисперсной фазы применяют различные методы. Крупные частицы осаждаются в пылевых камерах. При изменении направления газовых потоков на частицы действуют силы инерции, они резко меняют скорость и оседают. Это явление используется в инерционных пылеуловителях и циклонах. Широко применяют мокрые уловители — скрубберы. Для улавливания мелких частиц эффективна очистка в электрофильтрах, в которых частицы приобретают при столкновении с генерируемыми в аппарате отрицательными ионами заряд и осаждаются на положительно заряженном электроде. Широкое распространение получили методы фильтрования аэрозолей. Однако эффективность всех указанных методов уменьшается с увеличением дисперсности аэрозолей.