Аерозолі
Аерозолі та сипучі матеріали (порошки) - системи з газовим дисперсійним середовищем. Аерозолі - це дисперсні системи, в яких частинки дисперсної фази перебувають у зваженому стані.
Сипкі матеріали можна розглядати як осад аерозолів з твердою дисперсною фазою, тобто як систему Т / Г.
Для аерозолів склалася своя класифікація в залежності від агрегатного стану та розмірів частинок дисперсної фази. Ця класифікація наведена в табл. 6.5.1.1. Найпростішими є аерозолі, дисперсна фаза яких складається тільки з твердих частинок або з крапель. Кожна з різновидів аерозольних систем має свою назву. Високо - і Середньодисперсні системи типу Т / Г прийнято називати димом, а грубодисперсні - пилом.
Крім основних, існують менш поширені, але не менш важливі аерозольні системи. У аерозольних рідких (система Т, Г / Г) і твердих (система Ж, Г / Г) пенах газова бульбашка оточений плівкою (рідкої і твердої). Рідкі аерозольні піни, в яких газова бульбашка обрамлений рідкою плівкою, застосовують для гасіння пожеж. Попіл і вивергається вулканами лава складаються з часток, пори яких заповнені газом. Аерозолі, сформовані з подібних частинок, можна розглядати як тверді піни.
* Освіта такої системи малоймовірно.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Для аерозолів, як і для інших дисперсних систем, характерна агрегативна і седиментаційна стійкість і нестійкість. У них протікають процеси коагуляції, коалесценції і осідання, що призводить до зміни складу і властивостей цих систем.
Концентрація і розмір часток дисперсної фази аерозолів весь час змінюються: частки виникають і зникають, укрупнюються і дробляться на більш дрібні, переміщаються - якась частина часток аерозольної системи залишають її, що компенсується за рахунок припливу нових частинок (див. рис. 6.5.1.1 ).
Отримати частинки дисперсної фази аерозолів можливо диспергированием і конденсаційним способом.
Газове середовище аерозолів обумовлює відмінності їх властивостей від властивостей систем з рідким дисперсним середовищем. Одне з цих відмінностей пов'язана з електричним зарядом аерозольних частинок. Електричні заряди виникають в результаті тертя твердих частинок при утворенні аерозолів, при дробленні рідини, адсорбції іонів і внаслідок низки інших причин.
Електричні властивості аерозолів принципово відрізняються від електричних властивостей золів і суспензій. Для систем типу Т / Ж електричний заряд виникає в результаті взаємодії між частинками дисперсної фази і дисперсійного середовищем. При цьому утворюється подвійний електричний шар, відбувається компенсація заряду частинок, а між зблизився частинками виникає електростатична сила відштовхування.
Заряд часток аерозолів не компенсується, є надлишковим, частинки можуть мати заряди різного знаку (відсутній уніполярність). Частина частинок може мати заряд одного знака, а інша - протилежного, або навіть бути нейтральною.
Агрегативна стійкість аерозолів також значною мірою зумовлена особливостями газової дисперсійного середовища. Рухливість частинок в газовому середовищі і відсутність електростатичних сил відштовхування призводить до того, що ймовірність e, яка характеризує кінетику коагуляції, дорівнює або близька до одиниці. Це означає, що процес йде за механізмом швидкої коагуляції. У результаті коагуляції частинки укрупнюються і утворюють агрегати (див. ріс.6.5.1.1).
У відношенні аерозолів, що знаходяться в атмосфері, в повній мірі проявляються оптичні властивості дисперсних систем.
У повітрі знаходиться безліч частинок різних розмірів, форм і походження; кожна з них розсіює і поглинає світло. Причому на склад атмосферних аерозолів впливають аерозольні системи, що прийшли з космосу.
Характеризують оптичні властивості не окремих аерозольних частинок, а їх маси. До таких узагальненим характеристикам аерозольних систем, що знаходяться в повітрі, відносяться інтенсивність розсіювання світла, коефіцієнт поглинання і оптична щільність (екстинкція).
Інтенсивність релєєвського розсіювання світла високодисперсними атмосферними аерозолями залежить від показника заломлення дисперсної середовища (повітря) і дисперсної фази. Показник заломлення повітря близький до одиниці, а показник заломлення дисперсної фази атмосферних аерозолів коливається в межах 1,34-1,54. Нижнє значення відноситься до крапель води, а верхнє - до сульфатним частинкам.
В'язкість повітря приблизно в 1000 разів менше в'язкості води; тому седиментаційна стійкість аерозолів нижче, ніж суспензій. Для високодисперсних аерозолів характерні більш інтенсивне броунівський рух і дифузія, ніж для золів.
Для частинок діаметром> 0,5 мкм швидкість броунівського руху не може конкурувати зі швидкістю седиментації. Для частинок діаметром менше 0,5 мкм (50 нм) швидкість броунівського руху перевищує швидкість седиментації, що означає встановлення седиментаційно-дифузійного рівноваги - високодисперсна система стає седиментаційно-стійкою.
У результаті броунівського руху та дифузії високодисперсні частки набувають здатність переміщатися в вертикальному та горизонтальному напрямках. Коефіцієнт дифузії в рідкому середовищі може коливатися в межах 10 -8 -10 -10 м 2 / с. У повітряному середовищі він має більш високі значення і може досягати 10 -6 м 2 / с, а це означає, що рух високодисперсних частинок одного і того ж розміру в повітрі буде інтенсивніше, ніж в рідині.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
В аерозолях в сильно розрядженої газової атмосфері, а тим більше в безгазовий просторі відсутня броунівський рух, тобто мимовільний рух частинок під дією кінетичної енергії молекул дисперсійного середовища, і дифузія. Перекласти частки в аерозольний стан можна за допомогою механічних процесів або вибуху, при цьому одночасно може протікати процес диспергування.
В атмосфері Землі виникнення аерозолів відбувається під дією повітряного потоку.
На частку (див. рис. 6.5.1.2) з боку повітряного потоку діє аеродинамічна сила, що залежить від швидкості цього потоку n і спрямована вертикально. Необхідною умовою переходу часток у повітряне середовище є перевищення горизонтально-спрямованої аеродинамічної сили F r ае над сумарною дією сил аутогезии F аут і ваги частинок P
F r ае> m (F аут + P),
де m - коефіцієнт внутрішнього тертя, що враховує різний напрям дії сил.
Якщо сила аутогезии набагато перевищує вагу, то умова спрощується:
F r ае ³ m в F аут
При турбулентному плині переміщення повітря супроводжується інтенсивним перемішуванням, і аеродинамічна сила, що діє на частинку, визначається за формулою:
F r ае = з х RВ год (u 2 / 2)
де з х - коефіцієнт опору частинок; r - щільність повітря; У ч - площа перерізу частинок; u - швидкість повітряного потоку.
Після відриву частинок під дією повітряного потоку виникає вертикальна складова аеродинамічної сили F ае ст. Горизонтально і вертикально спрямовані сили і обумовлюють перехід частинок в аерозольний стан, рух частинок в цих умовах на рис. 6.5.1.2 показано пунктиром.
Враховуючи вищевикладене, швидкість повітряного потоку, необхідна для перекладу часток у аерозольний стан:
У формулі не враховано освіта прикордонного шару, в якому швидкість повітряного потоку зменшується від певного значення до нуля.
Для руйнування аерозолів і уловлювання дисперсної фази застосовують різні методи. Великі частинки осаджуються в пилових камерах. Широко застосовуються мокрі вловлювачі - скрубери, в яких частинки змочуються і осідають на дно. Ефективне очищення в електрофільтрах (апаратах Коттрел), в яких генеруються негативно заряджені іони газові й електрони на коронирующим електроді. Негативні іони, рухаючись до позитивного осадительному електроду, віддають часткам аерозолю свій заряд, які, заряджаючись, починають переміщатися в тому ж напрямку. На позитивному електроді частки втрачають заряд і осідають. Однак ефективність усіх методів зменшується зі збільшенням дисперсності аерозолів, тому для руйнування високодисперсних аерозолів використовують методи попередньої коагуляції. Найбільш ефективний метод уловлювання аерозолів, заснований на конденсації парів рідини (води) в середовищі аерозолю, де частки аерозолю виступають в ролі центрів конденсації, укрупнюються і коагулюють через конденсацію на них водяної пари.
Найбільше поширення мають порошки з розмірами частинок від 1 до 100 мкм. Від аерозолів порошки відрізняються більшою концентрацією твердих частинок.
Класифікація здійснюється:
1. За формою частинок:
§ равноосная (однакові розміри по трьох осях);
§ волокнисті (довжина частинок набагато більше ширини і товщини);
§ плоскі (довжина і ширина набагато більше товщини).
2. За міжчасткових взаємодії:
§ связнодісперсние (частки зчеплені між собою, тобто система має певної структурою);
§ вільнодисперсні (опір зрушенню обумовлено тільки тертям між частинками).
3. Класифікація за розмірами частинок дисперсної фази:
§ пісок (2 × 10 -5 £ d £ 2 × 10 -3) м;
§ пил (2 × 10 -6 £ d £ 2 × 10 -5) м;
§ пудра (d <2 × 10 -6) м.
Порошок, як і інші дисперсні системи, можна отримати двома групами методів: діспергаціоннимі і конденсаційними.
Когезія визначає зв'язок між молекулами (атомами, іонами) всередині тіла в межах однієї фази, тобто міцність конденсованих тіл і їх здатність протистояти зовнішньому впливу Þ енергетичні витрати при диспергування тим більше, чим більше когезія. Когезія визначає насипну масу порошку, тобто масу, що займає одиничний об'єм при вільному його заповненні. Чим більше когезія (злипання), тим хаотичнее розподіл за обсягом частинок порошку, тим більше обсяг вільної упаковки і відповідно менше насипна маса.
Адгезія - явище з'єднання наведених у контакт поверхонь конденсованих фаз (взаємодія частинок порошку зі стінками ємності). Адгезія обумовлює прилипання та утримання частинок на поверхні. Чим більше адгезія, тим більше прилипають частинки порошку до технологічного устаткування.
Аутогезія - приватний випадок адгезії - зчеплення однакових за складом і будовою частинок. Адгезионное і аутогезіонное взаємодії направлені перпендикулярно площі контакту. У результаті адгезії частинки порошку притискаються до поверхні, а під дією аутогезии - один до одного. Аутогезія визначається природою і силою міжчасткових взаємодії:
§ межмолекулярное тяжіння;
§ електростатичне відштовхування.
Від розміру частинок залежить питома площа міжфазної поверхні S уд. Збільшення питомої міжфазної поверхні призводить до наступного:
§ інтенсифікації процесів, що протікають на поверхні порошку;
§ посилення яскравості забарвлення пігментів;
§ підвищення якості композиційних матеріалів;
§ поліпшення смакових якостей харчових продуктів.
Негативні властивості зменшення розмірів частинок:
§ злежуваність;
§ прилипаемость до поверхонь обладнання і тари (адгезія);
§ зменшення плинності (сипучості).
Звідси - утруднення технологічних процесів: змішання, дозування, транспортування і т.д.
Починаючи з деякого критичного розміру d 0, кр частинок сила зв'язку між частинками стає рівною силі тяжіння:
де n - число контактів (точок дотику частинок);
m - маса частинки;
g - прискорення вільного падіння.
Подальше зменшення розмірів частинок призводить до мимовільного утворення просторових структур. Критичний розмір служить критерієм агрегіруемості, тобто при d <d 0, кр в системі виникає просторова структура, така система связнодісперсная; при d>> d 0, кр система свободнодісперна.
Характерна властивість порошків - здатність до течії і розпорошення. Порошок, як і суцільні тіла, здатні текти під дією зовнішнього зусилля, спрямованого тангенціально (по дотичній) до поверхні. Перебіг порошків полягає у відриві шару частинок від собі подібних або від поверхні і в переміщенні окремих частинок або їх агрегатів при збереженні кордону розділу між ними. Рух здійснюється трьома способами:
§ частки перекочуються по поверхні;
§ частки відриваються і падають назад (переносяться "стрибками");
§ частки переносяться у стані аерозолю.
При деякій швидкості зовнішнього зусилля (повітряного потоку), званою критичною, велика частина частинок буде пересуватися "стрибками". З полідисперсного порошку видувається більш дрібна фракція. Найтонша фракція під дією повітряного потоку переходить у стан аерозолю і переміщається над поверхнею порошку. Розглянутий характер перебігу порошків обумовлює залежність плинності порошків від адгезійних і аутогезіонних сил, що ускладнюють відрив і пересування частинок, тобто грубодисперсні порошки мають більш високу плинністю, ніж високодисперсні.
Для м'яких речовин характерна пластична деформація, в результаті якої збільшується площа контакту часток Þ зменшується плинність.
Важливою характеристикою є також розпилюваність порошку при пересипанні, обумовлена силами зчеплення між частинками Þ збільшується при зростанні розмірів частинок і зменшується зі збільшенням вологості. Існує кілька емпіричних закономірностей:
§ гідрофобні порошки розпорошуються краще, ніж гідрофільні;
§ порошки з твердих речовин розпорошуються краще, ніж з м'яких;
§ Монодисперсні порошки розпорошуються краще полідисперсних.
Список літератури:
· Мушкамбаров М.М. Фізична та колоїдна хімія. - М.: Геотар-мед. 2001. - 380 с.
· Зімон А.Д. Колоїдна хімія. - М.: Агар. 2001. 320 с.
· Гельфман М.І., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Колоїдна хімія. - М.: "Лань", 2003. - 336 с.
· Щукін Є.Д., Перцов А.В., Амеліна О.О. Колоїдна хімія. - М.: Вищ. шк., 1992. - 414 с.
· Короткий довідник фізико-хімічних величин / Под ред. А.А. Равделя, А.М. Пономарьової. - М.: Хімія, 1983. - 200 с.
· Воюцький С.С. Курс колоїдної хімії. - Л.: Хімія. 1984. - 300 с.
· Фролов Ю.Г. Курс колоїдної хімії. Поверхневі явища та дисперсні системи. - М.: ТОВ ТІД «Альянс», 2004. - 464 с.
Аерозолі та сипучі матеріали (порошки) - системи з газовим дисперсійним середовищем. Аерозолі - це дисперсні системи, в яких частинки дисперсної фази перебувають у зваженому стані.
Сипкі матеріали можна розглядати як осад аерозолів з твердою дисперсною фазою, тобто як систему Т / Г.
Для аерозолів склалася своя класифікація в залежності від агрегатного стану та розмірів частинок дисперсної фази. Ця класифікація наведена в табл. 6.5.1.1. Найпростішими є аерозолі, дисперсна фаза яких складається тільки з твердих частинок або з крапель. Кожна з різновидів аерозольних систем має свою назву. Високо - і Середньодисперсні системи типу Т / Г прийнято називати димом, а грубодисперсні - пилом.
Крім основних, існують менш поширені, але не менш важливі аерозольні системи. У аерозольних рідких (система Т, Г / Г) і твердих (система Ж, Г / Г) пенах газова бульбашка оточений плівкою (рідкої і твердої). Рідкі аерозольні піни, в яких газова бульбашка обрамлений рідкою плівкою, застосовують для гасіння пожеж. Попіл і вивергається вулканами лава складаються з часток, пори яких заповнені газом. Аерозолі, сформовані з подібних частинок, можна розглядати як тверді піни.
Таблиця 6.5.1.1
Класифікація аерозолів
| Дисперсна фаза | Позначення | Назва |
| Тверда Рідка Тверда і рідка Піна Газові освіти | Т / Г Ж / Г Т, Ж / Г Ж, Г / Г Т, Г / Г * Г / Г ** | Дим, пил Туман, краплі Зміг Рідка аерозольна піна Тверда аерозольна піна Клатрати, газові гідрати |
SHAPE \ * MERGEFORMAT
5 |
2 |
1 |
6 |
3 |
4 |
8 |
7 |
А |
Рис. 6.5.1.1. "Життя" аерозольної системи: 1.6-переміщення аерозольних частинок; 2,5 - освіта аерозольних частинок диспергированием і кондо-саціей (десублімації); 3,4 - агрегування (коагуляція) і дезагрегування частинок дисперсної фази; 7,8 - приплив і відтік частинок; А-аерозолі |
Для аерозолів, як і для інших дисперсних систем, характерна агрегативна і седиментаційна стійкість і нестійкість. У них протікають процеси коагуляції, коалесценції і осідання, що призводить до зміни складу і властивостей цих систем.
Концентрація і розмір часток дисперсної фази аерозолів весь час змінюються: частки виникають і зникають, укрупнюються і дробляться на більш дрібні, переміщаються - якась частина часток аерозольної системи залишають її, що компенсується за рахунок припливу нових частинок (див. рис. 6.5.1.1 ).
Отримати частинки дисперсної фази аерозолів можливо диспергированием і конденсаційним способом.
Газове середовище аерозолів обумовлює відмінності їх властивостей від властивостей систем з рідким дисперсним середовищем. Одне з цих відмінностей пов'язана з електричним зарядом аерозольних частинок. Електричні заряди виникають в результаті тертя твердих частинок при утворенні аерозолів, при дробленні рідини, адсорбції іонів і внаслідок низки інших причин.
Електричні властивості аерозолів принципово відрізняються від електричних властивостей золів і суспензій. Для систем типу Т / Ж електричний заряд виникає в результаті взаємодії між частинками дисперсної фази і дисперсійного середовищем. При цьому утворюється подвійний електричний шар, відбувається компенсація заряду частинок, а між зблизився частинками виникає електростатична сила відштовхування.
Заряд часток аерозолів не компенсується, є надлишковим, частинки можуть мати заряди різного знаку (відсутній уніполярність). Частина частинок може мати заряд одного знака, а інша - протилежного, або навіть бути нейтральною.
Агрегативна стійкість аерозолів також значною мірою зумовлена особливостями газової дисперсійного середовища. Рухливість частинок в газовому середовищі і відсутність електростатичних сил відштовхування призводить до того, що ймовірність e, яка характеризує кінетику коагуляції, дорівнює або близька до одиниці. Це означає, що процес йде за механізмом швидкої коагуляції. У результаті коагуляції частинки укрупнюються і утворюють агрегати (див. ріс.6.5.1.1).
У відношенні аерозолів, що знаходяться в атмосфері, в повній мірі проявляються оптичні властивості дисперсних систем.
У повітрі знаходиться безліч частинок різних розмірів, форм і походження; кожна з них розсіює і поглинає світло. Причому на склад атмосферних аерозолів впливають аерозольні системи, що прийшли з космосу.
Характеризують оптичні властивості не окремих аерозольних частинок, а їх маси. До таких узагальненим характеристикам аерозольних систем, що знаходяться в повітрі, відносяться інтенсивність розсіювання світла, коефіцієнт поглинання і оптична щільність (екстинкція).
Інтенсивність релєєвського розсіювання світла високодисперсними атмосферними аерозолями залежить від показника заломлення дисперсної середовища (повітря) і дисперсної фази. Показник заломлення повітря близький до одиниці, а показник заломлення дисперсної фази атмосферних аерозолів коливається в межах 1,34-1,54. Нижнє значення відноситься до крапель води, а верхнє - до сульфатним частинкам.
В'язкість повітря приблизно в 1000 разів менше в'язкості води; тому седиментаційна стійкість аерозолів нижче, ніж суспензій. Для високодисперсних аерозолів характерні більш інтенсивне броунівський рух і дифузія, ніж для золів.
Для частинок діаметром> 0,5 мкм швидкість броунівського руху не може конкурувати зі швидкістю седиментації. Для частинок діаметром менше 0,5 мкм (50 нм) швидкість броунівського руху перевищує швидкість седиментації, що означає встановлення седиментаційно-дифузійного рівноваги - високодисперсна система стає седиментаційно-стійкою.
У результаті броунівського руху та дифузії високодисперсні частки набувають здатність переміщатися в вертикальному та горизонтальному напрямках. Коефіцієнт дифузії в рідкому середовищі може коливатися в межах 10 -8 -10 -10 м 2 / с. У повітряному середовищі він має більш високі значення і може досягати 10 -6 м 2 / с, а це означає, що рух високодисперсних частинок одного і того ж розміру в повітрі буде інтенсивніше, ніж в рідині.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
F в ае |
u |
F аут |
Р |
F р ае |
Р і с. 6.5.1.2. Сили, що обумовлюють перехід частки в аерозольний стан (пунктир - рух частинок) |
В аерозолях в сильно розрядженої газової атмосфері, а тим більше в безгазовий просторі відсутня броунівський рух, тобто мимовільний рух частинок під дією кінетичної енергії молекул дисперсійного середовища, і дифузія. Перекласти частки в аерозольний стан можна за допомогою механічних процесів або вибуху, при цьому одночасно може протікати процес диспергування.
В атмосфері Землі виникнення аерозолів відбувається під дією повітряного потоку.
На частку (див. рис. 6.5.1.2) з боку повітряного потоку діє аеродинамічна сила, що залежить від швидкості цього потоку n і спрямована вертикально. Необхідною умовою переходу часток у повітряне середовище є перевищення горизонтально-спрямованої аеродинамічної сили F r ае над сумарною дією сил аутогезии F аут і ваги частинок P
F r ае> m (F аут + P),
де m - коефіцієнт внутрішнього тертя, що враховує різний напрям дії сил.
Якщо сила аутогезии набагато перевищує вагу, то умова спрощується:
F r ае ³ m в F аут
При турбулентному плині переміщення повітря супроводжується інтенсивним перемішуванням, і аеродинамічна сила, що діє на частинку, визначається за формулою:
F r ае = з х RВ год (u 2 / 2)
де з х - коефіцієнт опору частинок; r - щільність повітря; У ч - площа перерізу частинок; u - швидкість повітряного потоку.
Після відриву частинок під дією повітряного потоку виникає вертикальна складова аеродинамічної сили F ае ст. Горизонтально і вертикально спрямовані сили і обумовлюють перехід частинок в аерозольний стан, рух частинок в цих умовах на рис. 6.5.1.2 показано пунктиром.
Враховуючи вищевикладене, швидкість повітряного потоку, необхідна для перекладу часток у аерозольний стан:
У формулі не враховано освіта прикордонного шару, в якому швидкість повітряного потоку зменшується від певного значення до нуля.
Для руйнування аерозолів і уловлювання дисперсної фази застосовують різні методи. Великі частинки осаджуються в пилових камерах. Широко застосовуються мокрі вловлювачі - скрубери, в яких частинки змочуються і осідають на дно. Ефективне очищення в електрофільтрах (апаратах Коттрел), в яких генеруються негативно заряджені іони газові й електрони на коронирующим електроді. Негативні іони, рухаючись до позитивного осадительному електроду, віддають часткам аерозолю свій заряд, які, заряджаючись, починають переміщатися в тому ж напрямку. На позитивному електроді частки втрачають заряд і осідають. Однак ефективність усіх методів зменшується зі збільшенням дисперсності аерозолів, тому для руйнування високодисперсних аерозолів використовують методи попередньої коагуляції. Найбільш ефективний метод уловлювання аерозолів, заснований на конденсації парів рідини (води) в середовищі аерозолю, де частки аерозолю виступають в ролі центрів конденсації, укрупнюються і коагулюють через конденсацію на них водяної пари.
Порошок
Порошками називаються висококонцентровані дисперсні системи, в яких дисперсною фазою є тверді частинки, а дисперсійним середовищем - повітря або інший газ: Т / Г.Найбільше поширення мають порошки з розмірами частинок від 1 до 100 мкм. Від аерозолів порошки відрізняються більшою концентрацією твердих частинок.
Класифікація здійснюється:
1. За формою частинок:
§ равноосная (однакові розміри по трьох осях);
§ волокнисті (довжина частинок набагато більше ширини і товщини);
§ плоскі (довжина і ширина набагато більше товщини).
2. За міжчасткових взаємодії:
§ связнодісперсние (частки зчеплені між собою, тобто система має певної структурою);
§ вільнодисперсні (опір зрушенню обумовлено тільки тертям між частинками).
3. Класифікація за розмірами частинок дисперсної фази:
§ пісок (2 × 10 -5 £ d £ 2 × 10 -3) м;
§ пил (2 × 10 -6 £ d £ 2 × 10 -5) м;
§ пудра (d <2 × 10 -6) м.
Порошок, як і інші дисперсні системи, можна отримати двома групами методів: діспергаціоннимі і конденсаційними.
Когезія визначає зв'язок між молекулами (атомами, іонами) всередині тіла в межах однієї фази, тобто міцність конденсованих тіл і їх здатність протистояти зовнішньому впливу Þ енергетичні витрати при диспергування тим більше, чим більше когезія. Когезія визначає насипну масу порошку, тобто масу, що займає одиничний об'єм при вільному його заповненні. Чим більше когезія (злипання), тим хаотичнее розподіл за обсягом частинок порошку, тим більше обсяг вільної упаковки і відповідно менше насипна маса.
Адгезія - явище з'єднання наведених у контакт поверхонь конденсованих фаз (взаємодія частинок порошку зі стінками ємності). Адгезія обумовлює прилипання та утримання частинок на поверхні. Чим більше адгезія, тим більше прилипають частинки порошку до технологічного устаткування.
Аутогезія - приватний випадок адгезії - зчеплення однакових за складом і будовою частинок. Адгезионное і аутогезіонное взаємодії направлені перпендикулярно площі контакту. У результаті адгезії частинки порошку притискаються до поверхні, а під дією аутогезии - один до одного. Аутогезія визначається природою і силою міжчасткових взаємодії:
§ межмолекулярное тяжіння;
§ електростатичне відштовхування.
Від розміру частинок залежить питома площа міжфазної поверхні S уд. Збільшення питомої міжфазної поверхні призводить до наступного:
§ інтенсифікації процесів, що протікають на поверхні порошку;
§ посилення яскравості забарвлення пігментів;
§ підвищення якості композиційних матеріалів;
§ поліпшення смакових якостей харчових продуктів.
Негативні властивості зменшення розмірів частинок:
§ злежуваність;
§ прилипаемость до поверхонь обладнання і тари (адгезія);
§ зменшення плинності (сипучості).
Звідси - утруднення технологічних процесів: змішання, дозування, транспортування і т.д.
Починаючи з деякого критичного розміру d 0, кр частинок сила зв'язку між частинками стає рівною силі тяжіння:
де n - число контактів (точок дотику частинок);
m - маса частинки;
g - прискорення вільного падіння.
Подальше зменшення розмірів частинок призводить до мимовільного утворення просторових структур. Критичний розмір служить критерієм агрегіруемості, тобто при d <d 0, кр в системі виникає просторова структура, така система связнодісперсная; при d>> d 0, кр система свободнодісперна.
Характерна властивість порошків - здатність до течії і розпорошення. Порошок, як і суцільні тіла, здатні текти під дією зовнішнього зусилля, спрямованого тангенціально (по дотичній) до поверхні. Перебіг порошків полягає у відриві шару частинок від собі подібних або від поверхні і в переміщенні окремих частинок або їх агрегатів при збереженні кордону розділу між ними. Рух здійснюється трьома способами:
§ частки перекочуються по поверхні;
§ частки відриваються і падають назад (переносяться "стрибками");
§ частки переносяться у стані аерозолю.
При деякій швидкості зовнішнього зусилля (повітряного потоку), званою критичною, велика частина частинок буде пересуватися "стрибками". З полідисперсного порошку видувається більш дрібна фракція. Найтонша фракція під дією повітряного потоку переходить у стан аерозолю і переміщається над поверхнею порошку. Розглянутий характер перебігу порошків обумовлює залежність плинності порошків від адгезійних і аутогезіонних сил, що ускладнюють відрив і пересування частинок, тобто грубодисперсні порошки мають більш високу плинністю, ніж високодисперсні.
Для м'яких речовин характерна пластична деформація, в результаті якої збільшується площа контакту часток Þ зменшується плинність.
Важливою характеристикою є також розпилюваність порошку при пересипанні, обумовлена силами зчеплення між частинками Þ збільшується при зростанні розмірів частинок і зменшується зі збільшенням вологості. Існує кілька емпіричних закономірностей:
§ гідрофобні порошки розпорошуються краще, ніж гідрофільні;
§ порошки з твердих речовин розпорошуються краще, ніж з м'яких;
§ Монодисперсні порошки розпорошуються краще полідисперсних.
Список літератури:
· Мушкамбаров М.М. Фізична та колоїдна хімія. - М.: Геотар-мед. 2001. - 380 с.
· Зімон А.Д. Колоїдна хімія. - М.: Агар. 2001. 320 с.
· Гельфман М.І., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Колоїдна хімія. - М.: "Лань", 2003. - 336 с.
· Щукін Є.Д., Перцов А.В., Амеліна О.О. Колоїдна хімія. - М.: Вищ. шк., 1992. - 414 с.
· Короткий довідник фізико-хімічних величин / Под ред. А.А. Равделя, А.М. Пономарьової. - М.: Хімія, 1983. - 200 с.
· Воюцький С.С. Курс колоїдної хімії. - Л.: Хімія. 1984. - 300 с.
· Фролов Ю.Г. Курс колоїдної хімії. Поверхневі явища та дисперсні системи. - М.: ТОВ ТІД «Альянс», 2004. - 464 с.