Аэрозолями называются дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой. По агрегатному состоянию фаз и размерам частиц их классифицируют на туманы (ж/г) – размеры капель дисперсной фазы 10–7 – 10–5 м; дымы (тв/г) – размеры частиц 10–9 –10–5 м; пыли (тв/г) – размеры частиц свыше 10–5 м. Дымы являются наиболее высокодисперсными системами и обычно получаются методом конденсации, а пыли – методом диспергирования.
При определенных условиях образуются системы смешанного типа, когда на твердых частицах фазы конденсируется влага. Так возникает «смог» – туман, образующийся на частицах дыма.
Различают аэрозоли, образующиеся естественным путем вследствие различных природных явлений (облака, туман) и искусственным путем в результате производственной деятельности человека (добыча и переработка руд, угля, измельчение материалов, производство цемента, сжигание топлива и т.д.). Последние в большинстве случаев крайне нежелательны.
Методы получения аэрозолей – конденсация и диспергирование. Чаще используют методы диспергирования: распыление раствора сжатым воздухом с помощью различных пульверизаторов; разбрызгивание жидкостей ультрацентрифугой; разбрызгивание в электрическом поле (промышленное получение лекарственных аэрозолей). Для получения аэрозолей с высокой концентрацией, например, аэрозолей водных растворов антибиотиков, используют разбрызгивание с помощью ультразвука.
Характерной особенностью аэрозолей является незначительная вязкость дисперсионной среды (газа), что обуславливает очень низкую кинетическую устойчивость аэрозолей, приводящую к быстрому осаждению частиц дисперсной фазы. Для них также характерна и агрегативная неустойчивость. Поэтому возможность длительного существования аэрозолей связана с высокой дисперсностью и малой концентрацией частиц дисперсной фазы (факторы кинетической устойчивости), а так же с их ионизацией (факторы агрегативной устойчивости).
Электрические свойства аэрозолей сильно отличаются от электрических свойств лиозолей (систем с жидкой дисперсионной средой), что объясняется большой разницей между плотностями газов и жидкостей, а также разницей в их диэлектрических свойствах. В отличие от жидкостей, в газовой среде отсутствует электролитическая диссоциация и, как следствие этого, возможность образования ДЭС. Поэтому частицы аэрозолей могут приобрести заряд только при столкновении друг с другом или с какой-либо поверхностью, а также при адсорбции ионов, образующихся при ионизации газов под действием ультрафиолетового или радиоактивного излучения из космоса.
В промышленности для получения заряженных аэрозолей концентрации атмосферных ионов недостаточно. Поэтому воздух ионизируют, например, с помощью электрического разряда.
Аэрозоли, как естественные, так и промышленные, наносят большой вред, поэтому крайне актуальны способы коагуляции аэрозолей. К нарушению их устойчивости приводят увеличение концентрации частиц (капель) дисперсной фазы, повышенная влажность среды. На коагуляцию аэрозолей, особенно на туманы, сильно влияет изменение температуры.
Ионизация аэрозолей в процессе их получения, с одной стороны, придает им устойчивость, а с другой – способствует очищению газов от частиц дисперсной фазы. Этот принцип лежит в основе промышленных установок по очистке дымов и пылей. Вначале ионизируют воздух, при этом частицы дисперсной фазы заряжаются, а затем их осаждают на поверхности металлических труб, через которые пропускают аэрозоль. Такие установки называются электрофильтрами.
Роль аэрозолей в природе, в быту и промышленности чрезвычайно велика. Например, влияние облаков и туманов на климат, перенос ветром семян и пыльцы растений, пневматические способы окраски, применение распыленного топлива, борьба с вредителями, внесение удобрений и т.д.
В то же время аэрозоли, образовавшиеся в результате жизнедеятельности человека (пыли, дымы), а также природые арозоли (туманы, смог) крайне нежелательны и наносят вред живым организмам. Улавливание пылей и борьба с дымами при современном развитии производства стала важнейшей проблемой в охране окружающей среды. Для ее решения используется фильтрация газов, осаждение частиц в установках типа циклон, осаждение аэрозолей, подвергнутых ионизации, в электрофильтрах и т.д.
Аэрозоли широко применяются в медицине. Одним из наиболее эффективных способов лечения органов дыхания оказались ингаляции различных лекарственных препаратов в виде аэрозолей. Ими лечат простуды, инфекционные и аллергические заболевания легких, бронхов, горла, носа. Стерильные аэрозоли в специальных упаковках применяются для стерилизации операционного поля, ран, ожогов. Аэрозоли локального применения используются вместо перевязочного материала, аэрозоли в виде клея – в хирургической практике для склеивания ран кожи, бронхов, сосудов и т.д.
Порошки можно рассматривать как осажденные аэрозоли с твердыми частицами и обычно они полидисперсны. В зависимости от размера частиц порошки называют песком (10–2 –10–5 м), пылью (10–5 –10–6 м), пудрой (менее 10–6 м). Размер частиц промышленных порошков зависит от их целевого назначения и часто является одним из основных показателей качества продукции.
Методы получения порошков аналогичны методам получения золей и суспензий. Часто вначале получают суспензию методом химической конденсации, а затем путем фильтрации и сушки – порошки.
Как все системы с газообразной дисперсионной средой, порошки агрегативно и седиментационно неустойчивы и вследствие значительно большей концентрация частиц дисперсной фазы характеризуются рядом специфических свойств – слипаемость, сыпучесть (текучесть), гигроскопичность, влажность и др.
Важным свойством порошков является их способность к гранулированию. Гранулированием называется процесс образования в порошкообразной массе гранул шарообразной или цилиндрической формы, более или менее однородных по величине. Этот процесс может идти самопроизвольно, потому что приводит к уменьшению поверхностной энергии Гиббса.
Гранулирование можно вызвать разными способами, например, добавлением к порошку определенного количества жидкости. При этом его поверхность смачивается, в результате чего склеиваются частицы. Этот процесс требует непрерывного перемешивания. Процесс гранулирования играет большую роль в фармакологии, так как гранулы являются одной из лекарственных форм. Кроме того, гранулы служат промежуточным продуктом, из которого путем прессования получают таблетки. До 80% готовых лекарств составляют порошки, гранулы, таблетки. По составу фармацевтические порошки могут быть одно- и многокомпонентными.
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ
1.Классификация и общие свойства грубодисперсных систем.
2.Суспензии, их получение и свойства. Пасты.
3.Эмульсии, их классификация, свойства и методы получения.
