Коллоидная химия

Поскольку показатель преломления частицы значительно больше показателя преломления среды , для аэрозолей величина К значительно больше, чем для лиозолей.

Из уравнения Рэлея видно, что красный свет рассеивается гораздо меньше, чем синий и желтый, и если учесть тот факт, что аэрозольных частиц в нижних слоях атмосферы намного больше, чем в верхних, становится ясным, почему на восходе и закате небо окрашивается в багровые тона, а в полдень сияет голубизной. Ведь когда Солнце приближается к горизонту, мы наблюдаем лучи, почти горизонтально расположенные, проходящие через запыленные нижние слои атмосферы, сильно рассеивающие свет, до нас доходит, главным образом, красный свет. Когда же Солнце стоит высоко, в вертикальном столбе атмосферного воздуха суммарное количество частиц относительно невелико и, следовательно, невелико рассеяние, поэтому солнечный свет мы наблюдаем неискаженным, незначительно рассеивается только коротковолновая (голубая) составляющая света, которая и придает небу голубой цвет.

Некоторые, главным образом, металлические или угольные частицы могут поглощать свет. Черный цвет дыма обусловлен тем, что дымовые частицы эффективно поглощают видимые лучи всех длин волн. Белый цвет дыма вызван интенсивным рассеянием его частицами всех видимых длин волн.

Благодаря большой способности рассеивать свет аэрозоли широко применяются для создания дымовых завес. Из всех дымов наибольшей способностью рассеивать и отражать свет обладает дым , его маскирующая способность принимается за единицу.

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЭРОЗОЛЕЙ

Особенности молекулярно-кинетических свойств аэрозолей обусловлены:

• малой концентрацией частиц дисперсной фазы - так, если в 1 гидрозоля золота содержится частиц, то в таком же объеме аэрозоля золота менее частиц;

• малой вязкостью дисперсионной среды - воздуха, следовательно, малым коэффициентом трения (В), возникающего при движении частиц;

• малой плотностью дисперсионной среды, следовательно .

Все это приводит к тому, что движение частиц в аэрозолях происходит значительно интенсивнее, чем в лиозолях.

Рассмотрим самый простой случай, когда аэрозоль находится в закрытом сосуде (т.е. исключены внешние потоки воздуха) и частички имеют сферическую форму радиусом r и плотность . На такую частицу одновременно действуют сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила трения прямо противоположного направления. Кроме того, частица находится в броуновском движении, следствием которого является диффузия.

Для количественной оценки процессов диффузии и седиментации в аэрозолях можно использовать значения удельного потока диффузии и удельного потока седиментации - величины, которые мы рассматривали в связи с седиментационной устойчивостью лиозолей (раздел 3.5.1):

Чтобы выяснить, какой поток будет преобладать (), рассматривают их соотношение:

В этом выражении . Следовательно, величина дроби будет определяться размером частиц.

Если r > 1 мкм, то , т.е. диффузией можно пренебречь - идет быстрая седиментация и частицы оседают на дно сосуда.

Если r < 0,01 мкм, то . В этом случае можно пренебречь седиментацией - идет интенсивная диффузия, в результате которой частицы достигают стенок сосуда и прилипают к ним. Если же частицы сталкиваются между собой, то они слипаются, что приводит к их укрупнению и уменьшению концентрации. Это иллюстрируется таблицей 18.2.

Таблица 18.2. Данные для водного тумана в закрытом помещении

Дисперсная система

d, мкм

Скорость оседания, см/с

Время оседания в помещении высотой 3 м

Высокодисперсная

0,00075-0,075

4,65 сут - 1,1 час

Среднедисперсная

0,075-1,9

1,1 час - 2,6 мин

Низкодисперсная

1,9-27

2,6 мин - 11,1 с

Мелкодисперсная

27-95

11,1 с - 3,2 с