Пены являются типичными лиофобными системами. Термодинамически они не устойчивы. В них протекают следующие процессы, ведущие к изменению строения и постепенному разрушению пены.
1. Диффузионный перенос газа из мелких пузырьков в более крупные и из поверхностных пузырьков во внешнюю среду. В этом проявляется агрегативная неустойчивость.
2. Отекание дисперсионной среды под действием силы тяжести. В этом состоит седиментационная неустойчивость пен.
3. Указанные процессы ведут к утончению пенных пленок и их постепенному разрушению.
Устойчивыми пены получаются только в присутствии специальных веществ - пенообразователей. В качестве пенообразователей обычно используются:
• коллоидные ПАВ;
• ВМС.
Адсорбционные слои, образуемые этими веществами, стабилизируют пенные пленки, замедляя вытекание из них жидкости.
Основные свойства пены:
• структурно-механические (предельное напряжение сдвига и вязкость);
• оптические (рассеяние и поглощение света);
• электрическая проводимость.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Какие системы называются пенами? Как они обозначаются?
2. Как классифицируются пены? Что называется кратностью пены?
3. С помощью каких величин оценивают дисперсность пены? Какие существуют методы определения дисперсности?
4. Являются ли пены термодинамически устойчивыми системами?
5. В чем заключается седиментационная устойчивость пены?
6. Что понимается под агрегативной устойчивостью пены?
7. Какие вещества используют в качестве пенообразователей?
8. Какие вы знаете факторы устойчивости пены?
9. Как можно предотвратить образование пены в технологическом процессе?
10. Какие существуют методы разрушения пен?
Изучив содержание главы 17, вы должны знать:
• структуру пен, их седиментационную и агрегативную устойчивость;
• факторы устойчивости пен;
• основные пенообразователи и способы разрушения пен;
• способы получения и разрушения пен.
5.4.
ГЛАВА 18. АЭРОЗОЛИ
Аэрозолем называется микрогетерогенная система, в которой частички твердого вещества или капельки жидкости взвешены в газе. Условное обозначение аэрозолей: Т/Г или Ж/Г.
Чтобы было ясно, насколько важным является этот вид дисперсных систем, приведем примеры аэрозолей. Космическое пространство, атмосфера Земли, воздух, которым мы дышим, - все это аэрозоли. Аэрозоли возникают естественным путем, образуются искусственно и сопутствуют промышленному производству.
Ветер поднимает и разносит облака пыли, создавая пыльные бури. Пыль может подниматься на высоту 5-6 км и переноситься на расстояния, измеряемые тысячами километров. В Норвегии, например, была обнаружена пыль пустыни Сахара. При извержении вулканов, а их на Земле более 600, в атмосферу выбрасывается несколько десятков миллионов тонн грунта, большая часть которого переходит в аэрозольное состояние. Так, в результате гигантского извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. в стратосферу было выброшено такое количество пыли, что следующий, 1816 г., вошел в историю как "год без лета". Микроорганизмы, вирусы и споры растений подхватываются потоком воздуха и образуют аэрозоли. Споры плесени и дрожжей находят в атмосфере на высоте свыше 11 км. Аэрозоли биологического происхождения переносятся на огромные расстояния - были отмечены случаи, когда споры грибов были обнаружены над Карибским морем в 1000 км от ближайшего возможного места их образования. Вода, испаряемая с водной поверхности Земли, образует аэрозоли, разрушение которых приводит к возникновению дождя, снега, града. До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Все это - аэрозоли, которые возникают естественным путем, без участия человека.
Около 10% всех аэрозолей получается искусственно: это распыление ядохимикатов и удобрений, орошение, бытовые аэрозоли и т.д.
И, наконец, третья группа аэрозолей - это промышленные аэрозоли. В шахтах, карьерах для добычи полезных ископаемых, около металлургических и химических комбинатов, при работе различных агрегатов (дробилок, мельниц, многочисленных котельных) образуются аэрозоли, загрязняющие воздух. Все виды наземного, воздушного и водного транспорта являются источниками аэрозолей за счет сгорания топлива. Достаточно отметить, что в результате сгорания топлива ежегодно выбрасывается в атмосферу более 100 т твердых и 1 млн т газообразных веществ. Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядерного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.
Таковы основные источники образования аэрозолей. Ежегодно в среднем 1