Аэрозоль — дисперсная система в газе¶
Аэрозоль — это дисперсная система, состоящая из твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газообразной среде, как правило в воздухе. Размер частиц аэрозоля обычно находится в диапазоне от 0,001 до 100 мкм, что отличает их от более крупных капель и пылинок. Аэрозоли встречаются в природе и создаются человеком: дым, туман, пыль, пыльца растений, споры, космическая пыль, а также аэрозольные баллончики и распылители.
¶Классификация
Аэрозоли классифицируют по нескольким признакам:
- По агрегатному состоянию дисперсной фазы: твёрдые (дым, пыль, сажа), жидкие (туман, облако), смешанные (дым от горения, где присутствуют и твёрдые, и жидкие частицы).
- По способу образования: природные (вулканический пепел, пыльца, морской туман, космическая пыль) и искусственные, создаваемые деятельностью человека (промышленные выбросы, выхлопные газы, аэрозольные препараты).
- По дисперсности (размеру частиц): грубодисперсные (100–10 мкм), среднедисперсные (10–1 мкм), тонкодисперсные (1–0,1 мкм), сверхтонкодисперсные (менее 0,1 мкм).
- По происхождению частиц: конденсационные (образуются при конденсации паров) и дисперсионные (возникают при измельчении твёрдых тел или распылении жидкостей).
¶Физические свойства
Ключевое свойство аэрозолей — большая удельная поверхность частиц, которая определяет их высокую химическую активность. Частицы аэрозоля способны адсорбировать газы и другие вещества на своей поверхности, служить ядрами конденсации при образовании облаков и туманов, а также долго удерживаться во взвешенном состоянии за счёт броуновского движения и турбулентных потоков.
Скорость оседания частиц описывается законом Стокса: чем больше размер и плотность частицы, тем быстрее она выпадает в осадок. Мельчайшие частицы размером менее 0,1 мкм могут находиться в воздухе практически неограниченно долго, поскольку их гравитационное оседание компенсируется тепловым движением.
¶Образование и распространение в природе
Природные аэрозоли играют важную роль в климатической системе Земли. Морские брызги, испаряясь, оставляют в воздухе солевые частицы, которые служат ядрами конденсации для образования облаков. Вулканические извержения выбрасывают в стратосферу огромные количества пепла и сернистого газа, которые могут охлаждать климат на несколько лет — так, после извержения вулкана Пинатубо в 1991 году средняя температура планеты снизилась примерно на 0,5 °C.
Лесные и торфяные пожары создают мощные аэрозольные облака, распространяющиеся на тысячи километров. Пыльные бури в пустынях Сахара и Гоби переносят миллионы тонн минеральной пыли через океаны, удобряя почвы других континентов.
¶Антропогенные аэрозоли
Человеческая деятельность является источником значительной части аэрозолей в атмосфере. Основные источники:
- Промышленность — выбросы ТЭЦ, металлургических и химических предприятий, содержащие сажу, сульфаты, тяжёлые металлы.
- Транспорт — выхлопные газы дизельных двигателей, износ тормозных колодок и шин.
- Сельское хозяйство — пыль при обработке почв, аэрозоли пестицидов.
- Бытовые источники — табачный дым, приготовление пищи, использование аэрозольных баллончиков.
Антропогенные аэрозоли участвуют в образовании смога и кислотных дождей, негативно влияют на здоровье людей, вызывая заболевания дыхательных путей и сердечно-сосудистой системы.
¶Применение
Аэрозольная технология широко используется в промышленности и повседневной жизни. Аэрозольные баллончики под давлением применяются для распыления лаков, красок, бытовой химии, косметики, лекарственных средств (ингаляторы при астме). В сельском хозяйстве аэрозольные обработки используются для внесения удобрений и защиты растений.
В пожаротушении аэрозоли применяют как огнетушащие составы. В медицине аэрозольная терапия позволяет доставлять лекарственные вещества непосредственно в дыхательные пути. В научных исследованиях аэрозоли изучаются в рамках атмосферной физики, экологии и материаловедения.
¶Исследование аэрозолей
Изучением аэрозолей занимается отдельный раздел физики — аэрозольная наука (аэрозолеведение). В России исследования аэрозолей ведутся в Институте химической физики РАН, Институте проблем морских технологий ДВО РАН и других научных центрах. Для измерения концентрации и размеров частиц используются лазерные спектрометры, электронные микроскопы, импакторы и конденсационные счётчики ядер.
Источники:
- Рябов Г. И. «Аэрозоли в атмосфере»
- Смолюхин О. Б. «Физика аэрозолей»
- Бабий В. Т. «Аэрозоли: образование, свойства, применение»
- Большая медицинская энциклопедия
- Материалы Гидрометцентра России