Свойства коллоидных растворов.

Общая характеристика дисперсных систем.

Классификация дисперсных систем.

Современная коллоидная химия представляет собой науку, изучающую физико-химические свойства гетерогенных высоко­дисперсных систем и высокомолекулярных веществ в твердом со­стоянии и в растворах.

1. Общая характеристика дисперсных систем

Дисперсные системы – системы, состоящие из множе­ства малых частиц, распределенных в жидкой, твердой или газообразной среде.

К дисперсным системам относят также капиллярно-пористые материалы (почвы, горные породы, спрессован­ные порошки, поглотители, катализаторы и т. д.). Поня­тие «дисперсный» происходит от латинского – раздроб­ленный, рассеянный.

Дисперсная фаза – измельченное вещество.

Дисперсионная среда – вещество, в котором распреде­лена дисперсная фаза.

Степень раздробленности вещества дисперсной фазы называют степенью дисперсности. Степень дисперсности математически определяют как величину, обратную раз­меру частицы:

D = 1/а, (1), где

D – степень дисперсности,

а – размер частицы (диаметр или длина ребра).

То есть чем меньше размер частиц, тем больше дис­персность.

Для всех дисперсных систем характерны два основ­ных признака:

1. Высокая дисперсность.

2. Гетерогенность.

Эти признаки полностью определяют свойства и пове­дение дисперсных систем.

2. Классификация дисперсных систем

1. По степени дисперсности:

1) грубодисперсные с радиусом частиц 1м. Если дисперсная фаза со­стоит из твердых частиц, то система называется взвесью, или суспензией. Например, взмученная глина в воде. Если дисперсная фаза представлена капельками жидкости, то ее называют эмульсией, например, капли масла в воде, молоко. Эти системы неустойчивы;

2) коллоидно-дисперсные (золи) с размером частиц м. Частицы коллоидных систем зна­чительно больше молекул (ионов), из которых состоит дис­персная среда, что приводит к наличию поверхности раздела между частицами и средой. Коллоидные частицы не видны в обычный микроскоп, но наблюдаются в ультрамикроскопе и в электронном микроскопе. Коллоиды относительно ус­тойчивы, но со временем они разрушаются. При получении коллоидных систем затрачивается внешняя энергия;

3) молекулярные или ионные растворы с размером ча­стиц менее 10-9м. В истинных растворах частицы достигают пре­дела дисперсности. Эти растворы устойчивы, не разру­шаются и получаются самопроизвольно.

2. По агрегатному состоянию фаз:

каждая из фаз может быть в трех агрегатных состоя­ниях: газообразном, жидком, твердом. Поэтому возможно существование 8 типов дисперсных систем. Система «газ в газе» не входит в это число, так как является гомоген­ной.

Основные типы дисперсных систем

 

Дисперсионная среда	Дисперсная фаза	Примеры
Газ	Жидкость	Твердое тело
Газ	Дисперсная система не существует	Аэрозоли (туман, облака, аэрозоли жидких лекарств, духов)	Аэрозоли (дым, пыль, песчаные бури)
Жидкость	Жидкие пены, газовые эмульсии	Эмульсии (сливочное масло, кремы, мази, пищеварительные соки)	Суспензии и коллоидные растворы (кисели, студни, соусы, клеи)
Твердое тело	Твердые пены (хлеб, пемза, силикагель, пенопласты, почва, керамика, шоколад)	Жемчуг, капиллярные системы, гели	Цветные стекла, минералы, сплавы

 

Системы с газовой дисперсионной средой независимо от природы газа называют аэрозолями. Системы с жид­кой дисперсионной средой – лиозоли. В зависимости от природы жидкости лиозоли делят на гидрозоли (д/с – вода) и органозоли (д/с – органическая жидкость), которые подразделяют на алкозоли, бензоли, этерозоли и т. д. Дисперсной средой в них являются соответственно спирт, бензол, эфир и т. д.

3. Посиле межмолекулярного взаимодей­ствия между веществами дисперсной фазы и дисперсной среды:

1) лиофобные (греч.) – боящийся растворения. Для лиофобных систем характерно слабое взаимодействие вещества дисперсной фазы со средой. Такие системы термоди­намически неустойчивы и требуют специальных методов стабилизации. К ним относится большинство дисперсных систем – лиозоли, аэрозоли, пены;

2) лиофильные (греч.) – любящий растворение. Лиофильные золи отличаются сильным взаимодействием веществ фазы и среды с образованием сольватных (гидратных) оболочек из молекул дисперсной среды. Эти системы термодина­мически устойчивы. Мыла, некоторые глины самопроиз­вольно образуют коллоидные растворы в воде.

Тема 2. Коллоидные растворы

Методы получения.

Строение коллоидной частицы.

Свойства коллоидных растворов.

1. Методы получения

Коллоидные растворы по степени дисперсности зани­мают промежуточное положение между истинными ра­створами и грубодисперсными системами. Поэтому все методы получения коллоидных систем можно разбить на две основные группы:

1) диспергирование – дробление крупных частиц до коллоидной дисперсности;

2) конденсация – соединение атомов, ионов или молекул в более крупные частицы (агрегаты) коллоидных размеров.

К общим условиям получения коллоидных систем не­зависимо от применяемых методов относятся следующие:

1) нерастворимость вещества дисперсной фазы в дисперсной среде;

2) достижение коллоидной дисперсности частиц дисперсной фазы;

3) наличие третьего компонента – стабилизатора. При соблюдении всех условий синтеза коллоидных систем любое вещество можно получить в коллоидном состоянии.

Например, хлорид натрия в бензоле можно получить в коллоидном состоянии, так как он не растворяется в бензоле.

Для очистки дисперсных систем от растворенных в них веществ Т. Грэм предложил воспользоваться способностью мелкопористых пленок (мембран) задерживать частички дисперсной фазы и свободно пропускать ионы и молекулы. Этот способ был назван диализом.

Диализ – процесс очистки коллоидных растворов, осно­ванный на свойстве полупроницаемой мембраны пропускать примеси ионов и молекул малых размеров и задерживать коллоидные частицы.

Очищаемую дисперсную систему помещают в сосуд, изготовленный из мелкопористого материала или обла­дающий мелкопористым дном; сосуд омывается проточ­ной дистиллированной водой. Согласно законам диффу­зии, ионы и молекулы растворенного вещества, состав­ляющего примесь, проникают через мелкопористый ма­териал в дистиллированную воду, а частицы дисперсной фазы остаются в дисперсной системе.

Скорость диализа мала, но ее можно значительно уве­личить, воспользовавшись действием электрического поля на ионы растворенной примеси. Такой метод очистки называют электродиализом.

Эпектродиапизатор – это сосуд, разделенный мембранами на три отсека, из которых средний содержит очи­щаемую систему, а в крайних размещены электроды и циркулирует жидкость, однородная с веществом дисперс­ной среды очищаемой системы. В этих условиях при боль­шой разности потенциалов дисперсная система быстро очищается от электролита.

В настоящее время диализ используют во многих про­изводствах, например, при обработке многих продуктов питания и при вымачивании соленого мяса, рыбы. Элект­ролиз применяется для очистки пищевого желатина, клея, красителей, целлюлозы и других веществ. Особенно эф­фективен он в медицине. Например, на принципе элект­родиализа основано действие аппарата «искусственная почка», позволяющего очищать кровь больного от вред­ных продуктов жизнедеятельности. Этим методом удаля­ют соли из молочной сыворотки, при этом повышается содержание в ней лактозы и белков. Такая сыворотка используется в диетическом питании.

Используя мелкопористые материалы, дисперсные системы можно концентрировать, «продавливая» диспер­сную среду вместе с растворенными в ней веществами через ультрафильтры. Этот метод называется ультрафильтрация.

Ультрафильтрация – процесс отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды путем фильтрования коллоидных растворов через полупроницаемые мембраны. Ультрафильтрация в пищевой промышленности ши­роко применяется для концентрирования белковых, крах­мальных растворов. В производстве таких продуктов, как молоко, молочная сыворотка. Ультрафильтрационные мембраны отличаются от мел­копористых материалов тем, что каждая пора открыва­ется в сторону низкого давления и любая малая частица проходит через мембрану, тогда как крупные остаются на ее поверхности.

Для отделения дисперсной фазы в золях широко ис­пользуют центрифуги. Методом центрифугирования про­изводится сепарация молока, отделение мелкокристал­лических осадков.

2. Строение коллоидной частицы

Согласно общепринятой мицеллярной теории строе­ния коллоидных растворов, золь состоит из двух частей – мицелл и интермицеллярной жидкости.

Мицелла – это структурная коллоидная единица.

Интермицеллярной жидкостью называют дисперсную среду, разделяющую мицеллы.

В центре мицеллы находится кристаллическое тело, названное Песковым агрегатом. На нем, согласно пра­вилу Панетта-Фаянса, адсорбируются ионы, способные до­страивать его кристаллическую решетку. Эти ионы сооб­щают агрегату электрический заряд и называются потенциалоопределяющими. В результате образуется ядро ми­целлы, несущее электрический заряд. Ядро создает вокруг себя электрическое поле, под действием которого к нему из раствора притягиваются противоионы, образующие вокруг ядра диффузный слой и частично входящие в состав адсор­бционного слоя. Ядро совместно с адсорбционным слоем противоионов называется коллоидной частицей.

Строение мицеллы удобно представлять в виде форму­лы. Для золя Agl формула мицеллы пишется так, если стабилизатором будет AgN03:

{ m [ Agl ] n Ag+ (n - x ) NO3- } x NO3-,

аргегат

ядро

частица

мицелла

где

m — число молекул Agl,

n — число потенциалопределяющих ионов,

Ag+ — часть из них входит в адсорбционный, часть в диффузный слой.

3. Свойства коллоидных растворов

По своим оптическим свойствам коллоидные раство­ры отличаются от истинных и грубодисперсных систем.

В грубодисперсных системах размер частиц больше длины волны видимого света. Поэтому световые лучи, проходящие через грубодисперсную систему, не могут обойти частицы суспензии или эмульсии, они отражают­ся и преломляются на границе частиц со средой, обуслов­ливая их мутность, видимую невооруженным глазом.

В истинных растворах светорассеяние ничтожно, так как размер частиц дисперсной фазы очень мал и нет пре­пятствий для прохождения лучей.

Наиболее характерным оптическим свойством колло­идных растворов является опалесценция (светорассеяние). Частицы коллоидной дисперсности меньше длины полу­волны света, и поэтому рассеяние света обусловлено не отражением света от поверхности частиц, а его дифрак­цией. Рассеяние света было исследовано Тиндалем, кото­рый обнаружил, что при освещении коллоидного раство­ра световым пучком его путь при наблюдении сбоку ви­ден в виде светящегося конуса – конуса Тиндаля. По­добное явление наблюдается при прохождении луча в темном задымленном помещении (например, во время показа кино), при свете автомобильных фар в туманную погоду и в других случаях.

Для интенсивности рассеянного света Релеем в 1871 году была выведена зависимость:

, (2.2)

где

Ip – интенсивность рассеянного света,

I0 – интенсивность падающего света,

n1 и n2 – показатели преломления дисперсионной фазы и дисперсионной среды,

u – концентрация,

V – объем одной частицы,

l – длина световой волны.

Из этого уравнения видно, что интенсивность рассеян­ного света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны. Если падающий свет полихроматичен, то рассе­янный свет должен быть богаче короткими волнами, т. е. при боковом освещении коллоиды имеют синеватую окрас­ку, а в проходящем красную.

На интенсивности рассеяния лучей коротковолновой части спектра основано применение ламп синего цвета для светомаскировки и красного для сигналов опасности. Крас­ный свет виден на большое расстояние из-за малого све­торассеяния. По той же причине противотуманные фары имеют оранжевую окраску.

Броуновское движение дисперсных (раздробленных) частиц обусловлено беспрерывными их соударениями с молекулами дисперси­онной среды, находящимися в постоянном тепловом движении. Ре­зультирующая сила этих толчков хаотически передвигает дисперсную частицу в различных направлениях и ее сложный путь охватывает оп­ределенный объем пространства. Этот ломаный путь неопределенной конфигурации (в плоскости горизонтальной проекции на произвольно выбранную ось) может быть, тем не менее, охарактеризован средним сдвигом частицы АХ за время t (сек). Он представляет собой отрезок прямой, соединяющий начальную точку движения (t-0) с положением частицы в момент времени t.

Процесс самопроизвольного выравнивания концентраций дис­персных частиц по всему объему раствора, происходящий под влия­нием Броуновского движения, называется диффузией . Скорость этого процесса характеризуется коэффициентом диффузии. Выравнивание концентраций в растворе прямо связано с различием значений хими­ческих потенциалов в разбавленных участках раствора и в участках с более высокой концентрацией.

Осмос – избирательная диффузия молекул дисперсионной среды (только растворителя) через полупроницаемую мембрану. Осмотическое давление – это давление, которое необходимо приложить к раство­ру по ту сторону мембраны, куда движутся молекулы растворителя, чтобы предотвратить перенос растворителя, то есть осмос. Явление осмоса применимо как к молекулярным, так и к коллоидным растворам. Величина осмотического давления определяется только частичной концентрацией (концентрацией коллоидных частиц) и не зависит от их природы и размера. Для разбавленного коллоидного раствора осмотическое давление рассчитывается по уравнению, аналогичному уравнению Вант-Гоффа.

В 1809 году профессор Московского университета описал неизвестные ранее явления, положив­шие начало изучению электрических свойств дисперсных систем.

Если в слой сырой глины погрузить на близком рас­стоянии две стеклянные трубки с водой, в которые насы­пан песок, исполняющий роль пористого тела, погрузить инертные электроды и создать разность потенциалов, то уровень жидкости в трубке с положительным электродом понизится, а жидкость помутнеет. В трубке с отрицатель­ным электродом жидкость не мутнеет и уровень ее повы­сится. Таким образом, при наличии разности потенциа­лов дисперсная фаза и дисперсионная среда двигаются в противоположных направлениях.

Электрофорез – перемещение частиц дисперсной фазы в электрическом поле.

Электроосмос – перемещение дисперсионной среды в электрическом поле.

Электрофорез используют при обезвоживании нефти, при очистке газообразных отходов производства (элект­рофильтры), при изготовлении гуммированных покры­тий и резиновых изделий из латекса, в медицине для введения в организм лекарств в коллоидном состоянии. Электроосмос используется при опреснении воды, при очистке лекарств, дублении кожи.

В коллоидных системах различают два вида устойчи­вости – агрегативную и седиментационную.

Дисперсная система считается седиментационно-устойчивой, если ее дисперсные частицы не оседают, т. е. на­ходятся в стабильном седиментационном равновесии. Если размеры частиц дисперсной фазы постоянны, то колло­идная система бесконечно долго может сохранять седи­ментационную устойчивость. Но частицы дисперсной фазы склонны укрупняться путем их слияния или пере­кристаллизации. Укрупнение частиц в дисперсной сис­теме приводит к нарушению седиментационной устойчи­вости и выпадению осадка.

Агрегативная устойчивость – способность дисперсной системы сохранять неизменными размеры частиц дисперс­ной фазы.

Процесс слипания коллоидных частиц, образование более крупных агрегатов с последующей потерей колло­идной системой седиментационной устойчивости назы­вается коагуляцией.

Коагуляцию можно вызвать нагреванием, заморажи­ванием, центрифугированием, добавлением различных электролитов. Все эти воздействия, различные по своей природе, или уменьшают силы притяжения между кол­лоидными частицами, или увеличивают силы притяже­ния между ними. Так, при нагревании возрастает кине­тическая энергия коллоидных частиц, увеличивается их скорость движения и силы отталкивания уже не могут препятствовать агрегированию мицелл.

Прибавление электролитов приводит к снижению элек­трокинетического потенциала и уменьшению сил оттал­кивания.

В заключение отметим, что явление, обратное коагуляции, т. е. разрушение агрегатов частиц под действием чистой дисперсионной среды или растворенных веществ, называется пептизацией.

Тема 3. Грубодисперсные системы

Пены.

Суспензии.

Эмульсии.

Аэрозоли.

1. Пены

Пены – высококонцентрированные грубодисперсные сис­темы, в которых дисперсионная среда – жидкость, а дисперс­ная фаза – газ.

Пузырьки газа в пенах имеют размеры порядка мил­лиметров (или см); они разделены тонкими жидкими пленками, которые обладают размером коллоидных час­тиц. Газовые пузырьки взаимно сдавливают друг друга, а сама пена приобретает ячеистую сотовую структуру.

Пены получают методами диспергирования: интенсив­ное встряхивание или перемешивание жидкости, продавливание газа через жидкость. Реже используют конден­сационные методы.

Пены характеризуются следующими показателями:

• пенистостью, т. е. отношением объема пены к объе­му жидкости в виде пленок;

• дисперсностью, т. е. средним размером пузырьков и сред­ней толщиной жидкостных пленок;

• устойчивостью, т. е. временем существова­ния пен. Мера устойчивости пены определяется време­нем ее жизни, т. е. от момента образования до са­мопроизвольного разрушения.

Устойчивую пену можно получить только в присут­ствии стабилизатора – пенообразователя, от природы и концентрации которого зависит устойчивость пены. В качестве пенообразователей используют ПАВ с длинны­ми углеводородными радикалами, которые, адсорбируясь на поверхности вода – воздух, образуют высокосвяз­ную структурированную пленку, препятствующую стеканию жидкости.

С повышением температуры время жизни пены умень­шается, так как снижается адсорбция пенообразователя и уменьшается вязкость. С увеличением вязкости устой­чивость пены возрастает. Хорошие пенообразователи – это вещества, способные давать прочные пленки. Если эти пленки отвердевают, то получают безгранично устой­чивые твердые пены (хлеб, зефир, пенопласты и т. д.).

Увеличение испарения (если пенообразователь лету­чий) и введение электролитов снижает время жизни пены.

Пены имеют разнообразное применение. Их исполь­зуют при обогащении полезных ископаемыхфлотаци­ей, при стирке и мойке, при тушении пожаров, в произ­водстве высокопористых строительных и изоляционных материалов (пенобетон, пеностекло), в производстве пенопластов (поролон, пенополистирол, пенорезина, пенофенопласты и т. д.). Пены обеспечивают оптимальный технологический процесс в виноделии и в кондитерском про­изводстве.

Очень распространены пенообразующие системы в пищевой промышленности. Такие продукты, как хлеб и ряд кондитерских изделий, имеют структуры пены, и это определяет не только их вкусовые свойства, но и пище­вую ценность. Для приготовления вспененных кондитер­ских изделий (пастила, зефир, суфле) в качестве пенооб­разователей применяют белок, иногда экстракт чая, метилцеллюлозу.

Иногда образование пены приводит к нежелательным последствиям. Например, она мешает при перегонке, выпаривании, перемешивании. Большой вред наносят пены, образующиеся в сточных водах, которые содержат пенообразователи. Эти пены покрывают поверхность во­доемов и закрывают доступ кислороду, что делает невоз­можным развитие любых организмов.

Для разрушения пен используют пеногасители, кото­рые, будучи более активными, вытесняют пенообразова­тели. Таковы спирты, эфиры, силиконовые масла и т. п. Разрушению пен способствует и механическое воздей­ствие.

2. Суспензии

Суспензии – дисперсные системы с жидкой дисперсион­ной средой и твердой дисперсной фазой.

Примерами суспензий являются глинистые, цементные и известковые растворы, глины, масляные густотертые краски, крахмальное молоко, протертые супы. Шоколад при температуре 3500С представляет собой суспензию ча­стиц какао и кристалликов сахара в жидком какао-масле, помадные массы кондитерского производства и т. д.

В зависимости от относительного содержания диспер­сной фазы суспензии подразделяют на три типа: разбав­ленные, концентрированные и высококонцентрированные. Последние обычно называют пастами.

Суспензии могут быть получены диспергационными и конденсационными способами.

Вследствие больших размеров частиц дисперсной фазы в суспензиях отсутствует броуновское движение. Явле­ния диффузии и осмоса им также не свойственны. Про­хождение света не вызывает опалесценции, а проявляет­ся в виде мутности, так как световые лучи преломляются и отражаются частицами суспензии, а не рассеиваются.

Седиментационная устойчивость обычно очень мала вследствие крупных частиц, а для достижения агрегативной устойчивости необходимо выполнение, по край­ней мере, одного из двух условий:

1. Смачиваемость поверхности частиц дисперсной фазы дисперсной средой.

2. Наличие стабилизатора. Добавляемый стабили­затор вводят в виде ионов, заряжающих и стаби­лизирующих частицы суспензии, или в виде ПАВ, либо в виде защитного высокомолекулярного со­единения. Если стабилизатор отсутствует, то ча­стицы смачиваются дисперсной средой и на их поверхности образуется оболочка, обладающая упругими свойствами и препятствующая соеди­нению частиц в крупные агрегаты.

Вязкость разбавленных суспензий мало отличается от вязкости дисперсионной среды. В высококонцентрирован­ных суспензиях (пастах) наблюдается структурирование, т. е. образование из частиц дисперсной фазы некоторой пространственной сетки, в петлях которой находится дисперсная среда. Внешне это выражается чрезмерно боль­шой вязкостью и переходом при длительном покое в твер­дое состояние – гелеобразованием.

3. Эмульсии

Эмульсии – грубодисперсные системы из взаимно нера­створимых жидкостей, в которых одна из жидкостей взве­шена в другой в виде капелек.

Классификация эмульсий может быть основана на раз­личных признаках. В зависимости от полярности фаз различают два типа эмульсий.

1. Прямые (эмульсии 1-го рода), которые состоят из полярно дисперсионной среды (воды) и непо­лярной дисперсной фазы (масло); их обозначают условно м/в.

2. Обратные (эмульсии 2-го рода) – имеют неполяр­ную дисперсионную среду (масло) и полярную дис­персную фазу (вода); их условно обозначают в/м.

Примером эмульсии 1-го рода может служить мо­локо (эмульсия жира в гидрозоле белка), а 2-го рода – природная нефть, различные медицинские мази (эмульсии воды в масле), сливочное масло.

Обычный способ получения эмульсий – диспергиро­вание, проводимое в присутствии эмульгаторов, т. е. ПАВ, способствующих образованию эмульсий. Для дисперги­рования используют различные мешалки, смесители, коллоидные мельницы, ультразвук и другие средства.

Устойчивость эмульсий в случае чистых жидкостей не­высока, легко происходит самопроизвольное слияние капе­лек дисперсной фазы с последующим расслоением жидко­стей. Слияние капель эмульсии называют коалесценцией.

Вещества, стабилизирующие эмульсию, называют ста­билизаторами или эмульгаторами, они адсорбируются на поверхности капель эмульсии и препятствуют их слия­нию. Эмульгатор должен быть подобен той жидкости, которая образует дисперсионную среду. Например, эмуль­сии типа м/в стабилизируются растворимыми в воде ВМС, например, белками или мылами. Эмульгаторами при по­лучении эмульсии в/м служат ВМС, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в органических растворителях (каучук, смолы), а также нерастворимые в воде мыла.

Специфическим свойством большинства эмульсий является взаимное превращение эмульсий двух типов: м/в « в/м. Этот процесс называется обращением фаз, осуществляется введением ПАВ, которое стабилизирует обратный тип эмульсии. Обращение эмульсии иногда может быть вызвано длительным механическим воз­действием. Так, сбивание сливок (эмульсия типа м/в) приводит к получению масла (в/м).

Биологическое значение эмульсий очень велико. Напри­мер, сметана, майонез, молоко, яичный белок, сливочное масло, маргарин, мороженое представляют собой эмуль­сии. Усвоение жиров в организме осуществляется через их эмульгирование под влиянием желчи. Эмульгирование жира оказывает исключительное влияние на вкусовые свойства при производстве маргарина и, особенно при производстве мороженого. Млечный сок каучуконосных растений (латекс) также представляет эмульсию. Эмульсии находят широкое применение в промышленности; например, при омылении жиров в мыловарении, битумные эмульсии для асфальти­рования, краски. Эмульсии широко применяются в меди­цине, фармации, косметике.

Но на практике часто требуется и разрушать эмуль­сии. Разрушение эмульсий (деэмульгирование) осуществ­ляется следующими способами:

• разрушением защитных пленок сильными реаген­тами (кислотами);

• вытеснением эмульгатора веществом, которое луч­ше адсорбируется, чем эмульгатор, но не является эмульгатором;

• использованием механического воздействия: сбива­ние, центрифугирование, фильтрование;

• применением полей высокого напряжения;

• нагреванием, ведущим к десорбции эмульгатора.

4. Аэрозоли

Аэрозоли – дисперсные системы, дисперсионной средой которых является газ, а дисперсной фазой могут быть твер­дые частицы или капельки жидкости.

Обычно аэрозоли классифицируют по агрегатному состо­янию дисперсной фазы. Аэрозоли с жидкой дисперсной фа­зой называют туманами, с твердыми частицами – дымами.

Как и любые дисперсные системы, аэрозоли образуются двумя методами – конденсационным и диспергационным.

К конденсационным относится возникновение тумана при охлаждении. При диспергационных – твердые или жид­кие капельки размельчаются механическим путем, а за­тем распределяются в газе. Например, пневматическое распыление жидкостей осуществляется с помощью так называемых аэрозольных баллончиков при получении парфюмерно-косметических аэрозолей, аэрозолей-инсекти­цидов, эмалей.

По оптическим свойствам аэрозоли очень близки к растворам коллоидов. Для них также характерно свето­рассеяние. Однако вследствие большой разницы в пока­зателях преломления газовой дисперсной среды и жид­кой или твердой дисперсной фазы светорассеяние у аэро­золей более интенсивно и они не пропускают свет. На этом свойстве аэрозолей основано применение маскиро­вочных дымовых завес. Благодаря сильному светорассе­янию аэрозоли, находящиеся в верхних слоях атмосфе­ры, уменьшают интенсивность солнечной радиации и влияют на климатические условия.

Специфические свойства аэрозолей – термофорез и теплопреципитация, т. е. удаление дисперсных частиц от нагретой поверхности и оседание частиц дисперсной фазы аэрозолей на холодной поверхности. Эти свойства объяс­няются тем, что молекулы газа движутся от более горя­чей поверхности с большой скоростью и «толкают» дис­персные частицы аэрозолей к более холодным участкам пространства.

Другое свойство аэрозолей – фотофорез, т. е. движе­ние частиц по направлению к источнику светаили от источника света. Пока фотофорез не имеет обоснованно­го теоретического объяснения.

Аэрозоли используются в военном деле для маскиров­ки в виде дымовых завес. В сельском хозяйстве – для борьбы с вредителями, для защиты растений от внезапных заморозков. В медицине широко используется аэрозольный метод лекарственной терапии. Различные поверхности ча­сто окрашивают путем пневматического распыления кра­сок и лака. Этот метод окраски более производителен, чем обычный, и обеспечивает равномерное покрытие вы­сокого качества. Жидкое и твердое топливо эффективно сжигать в распыленном состоянии, в виде аэрозоля, так как чем лучше оно перемешивается с воздухом, тем пол­нее сгорает. Поэтому в камеру сгорания двигателей топ­ливо поступает в мелкодисперсном состоянии.

Мероприятия, направленные на охрану природы и здо­ровья людей – это очистка воздуха от взвешенных в нем частиц перед выбросом в атмосферу и разрушение аэро­золей, образующихся в производственных помещениях.

Для разрушения аэрозолей используют: инерционное осаждение, фильтрацию, электростатическое осаждение и коагуляцию.

Инерционное осаждение проводят в устройствах, на­зываемых циклонами. Циклон представляет собой метал­лический цилиндр, в котором поток воздуха с частицами пыли движется по спирали. При этом частицы отбрасыва­ются на стенки и оседают на них. Циклоны применяют для разделения грубых аэрозолей с крупными частицами.

Мелкие частицы можно отделить на тканевых или волокнистых фильтрах. Для этого обычно применяют хлопчатобумажные, синтетические или шерстяные тка­ни. Действие фильтров основано на механическом задер­жании частиц и осаждении их на фильтре.

Частицы дисперсной фазы аэрозолей могут электризо­ваться вследствие трения друг от друга. Поэтому разру­шать аэрозоли можно действием электрического поля в электрофильтрах.

Большое значение для сельского хозяйства имеет борь­ба с ливнями и градом, основанная на разрушении градо­вых и ливневых облаков коагуляцией. Для этого в них вводят распылением искусственные центры кристалли­зации: кристаллическую углекислоту, песок и т. д. Эти центры способствуют быстрому укрупнению частиц аэро­золя путем их перекристаллизации.

Тема 4. Физико-химические изменения органических

веществ пищевых продуктов

---

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 637; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!