Аэрозольдер

Аэрозольдер дегеніміз дисперстік фазасы не сұйық, не қатты дене, ал дисперстік ортасы газ, әдетте, ауа болып келетін дисперстік системалар. Бұған тұман, түтін, шаң сияқтылар мысал болады. Аэрозольдердің дисперстілігі коллоидты бөлшектікінен кіші болғандықтан, ондағы бөлшектер ірілеу және біркелкі бола бермейді. Мысалы, темекі түтініндегі бөлшек өлшемі 0,1 – 1,0 мкм, тұрмыстағы түтіндікі – 0,1 – 100,0 мкм, тұмандікі (Н₂О) – 0,5 мкм.

Аэрозольдерді конденсациялық және диспергациялық тәсілдермен алады. Мұның арасында диспергациялық әдіс жиі қолданылады: электр өрісінде шашу; ауа қысымы арқылы тозаңдату; ультрадыбыс көмегімен тозаңдату; сұйықтарды ультрацентрифуга тәсілі бойынша тозаңдату.

Аэрозольдердің кинетикалық тұрақтылығы бөлшектердің өлшемімен анықталады. Аэрозоль бөлшектерінің шөгу жылдамдығы дисперстік ортаның тұтқырлығына тәуелді седиментациялық теңдеу арқылы анықталады. Мысалы, судан 1 сантиметр биіктіктен 10 минутта төмендейтін аэрозоль бөлшегі ауадағы осындай жолда 1 секундта жүреді екен. Олар тұрақсыз болады, өйткені аэрозль бөлшектері газбен де, сұйықпен де әрекеттеспейді. Ондағы бөлшектер космостық, гамма-ультракүлгін сәулелер әсерінен зарядталуы мүмкін. Әйтсе де, ондағы заряд шамасы үлкен болмағандықтан, ол агрегацияға кедергі жасамайды. Ондағы зарядты жасанды жолмен арттыруға болады. Аэрозоль бөлшектерінде коллоидты системалардағыдай диффузиялық қабат болмайды.

Тұмандағы сұйық бөлшектер шар тәрізді болады, ал түтін мен шаңдағылар түрлі заттар мен кристалдардың сынықтарынан тұратындықтан, олар аморфты және әр түрлі пішінді. Олар конденсация немесе диспергация негізінде туындауы мүмкін. Конденсациялық әдіс аэрозольдерді жоғары дисперстілікте және біркелкі етіп алуға мүмкіндік береді. Мысалы, газ күйіндегі хлорлы сутек пен аммиак қоспасынан қатты күйдегі ұнтақты аэрозольді алуға болады:

HCI + NH₃ = NH₄CI. (63)

Күкірт (VI) оксидін су буымен араластырғанда сұйық аэрозоль алынады:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄. (64)

Аэрозольдердің пайда болуы беттік энергияның едәуір артуымен байланысты болғандықтан, ол біраз энергетикалық кедергілерді жеңуімен сәйкес келеді. Сондықтан да конденсациялық тәсіл кезінде біршама қаныққандық, яғни тепе-теңсіздік қажет. Мұндай жағдайда буды бірден конденсациялау керек. Табиғаттағы тұман осылайша туындайды. Егер системада ұйытқы заттар болса, аэрозольдің түзілуі жеңілдейді.

Аэрозольдер коллоидты системалар сияқты жарықты шашыратады және олар Релей теңдеуіне бағынады. Осы кезеңде, дисперсті фаза мен дисперстік орталардың тығыздығы мен сыну көрсеткіштерінің айырмасы айтарлықтай өзгешелікте болуына байланысты аэрозольдердің оптикалық қасиетінің, әсіресе, жарық шашыратуының ерекше мәнде болатынын ескерген жөн. Оптикалық қасиетке негіздеп түтін пердесін қолданады. Олардың арасында фосфор (V) оксидінің орны ерекше. Оның жарықты шашырату және жұту қабілеті бірлік өлшем ретінде қабылданған.

Аэрозольдердің қолданбалық орны ерекше мәнді. Аэрозоль күйіндегі инсектицид өсімдіктерді түрлі зиянкестерден қорғайды. Сол сияқты медицина мен парфюмериядағы кейбір дәрі-дәрмектер, препараттар тек аэрозоль күйінде қолданылады.

Кейбір жағдайларда аэрозольдер теріс роль атқарады. Мысалы, металлургия, цемент, химия өңдірісі сияқты салаларда әрі айналаны қоршаған ортаны зиянды, әрі құнды заттар түтін, шаң, тозаң құрамында сыртқа шығарылады. Атап айтқанда, шамамен тәулігіне 10000 тоннадай кенді өңдейтін мыс балқыту зауытының мұржасынан көк түтінмен бірге айналаға 26 кг As₂S₃; 1.9т Sb₂S₂; 1.9т Cu; 2.2т Pb; 2.8т Zn; 0.4т Bi шығады екен.

Соңғы кездері қоршаған ортаны қорғау адамзат деңсаулығын сақтаумен тікелей сабақтас болып, ол мемлекеттік, дүниежүзілік мәні бар мәселе болып отыр. Жылу электр станциялары мен цемент зауыттарының 2 км радиусында күн жарығы өзінің 29 %-ке дейінгі сәулесін, ал ультракүлгінді бөлігі 65 %-ін жоғалтады екен. Ал үлкен қалалардың үстіндегі күн жарығының қуаты 30 – 40 %-ке төмендейді.

Көмір, қант, ұн, қағаз сияқты органикалық қосылыстардың аэрозольдері қопарылғыш келеді. Олар оттекпен жеңіл әрекеттесіп, көп мөлшерде жылу бөледі.

Өңдірісте шаң-тозаңмен күресу үшін түрлі шаң ұстағыш камералар қолданылады. Аэрозоль ағымы үлкен камераға еніп, көлемі бірнеше есе үлкейіп, жылдамдығын жаоғалтады. Осы кезде шаң-тозаңдар шөгеді. Сол секілді түрлі желдеткіш көмегімен аэрозольді кездемеден жасалған сүзгіштер арқылы өткізеді де тазалайды. Циклондарда бұрандалы бағытпен қозғалған аэрозоль бөлшектері қабырғаға қақтығысып, жылдамдығын жоғалтады да төмен шөгеді. Соңғы кезде электр сүзгіштері де жиі қолданылуда. Аэрозоль тұрақты тоқ полюсінің арасынан өткенде, ондағы бөлшектер өзіне кері полюске тартылып бейтарапталып, төмен шөгеді (14-сурет). Ол үшін аэрозоль жоғары градиенттегі потенциалы бар (0,5 – 1) · 10⁵ В/см ток өрісінен өткізіледі. Осы кезде аэрозоль бөлшектері ионданады.

Аэрозольдар туралы жақсы жан-жақты білімнен адамның көптеген мәселесінің шешімі тәуелді болады, соның ішінде адамның жерде тіршілік ету мүмкіншілігі де. Аэродисперсті жүйеден тәуелсіз адам өмірінің бірде-бір жағы болмайды. Ауа, шаң, түтін, тұман, бұлт, смог, ядролық жарылыстың саңырауқұлақ тәріздес бұлты өздерінше коллоидты жүйе құрады; аэрозоль деп аталады.

Аэрозольдар - газ тәрізді дисперсиялық ортадан және қатты немесе сұйық дисперсті фазадан тұратын дисперсті жүйе, олар шын және техникалық (антропогендік) болуы мүмкін. Соңғысы көмірді қайта өңдеу процесінен, материалды ұсақтаудан, мысалы, цемент өндірісінде, жанар майларды жағудан түзіледі. Бұндай аэрозальдар (шаң,смог және т.б.) мықты керек емес, себебі табиғатқа зиянын тигізеді және адам денсаулығына қауіп туғызады.

Шаңдар - тұрақтылығы аз дұрыс емес пішіннің қатты бөлшектерінен тұратын полидисперсті жүйелер. Түтін мен тұманға қарағанда бөлшектің өлшемі үлкендеу. Жану кезінде, химиялық және фотохимиялық реакцияларды нәтижесінде мысалы, NH₃ пен HCI өзара әрекеттесу нәтижесінде түтін түзіледі. Бүтін бөлшегінің өлшемі 0,1-5мкм. Сұйықтың шашылуынан немесе буды конденсациялануынан тұман түзіледі. Тұманның тамшысында еріген заттар немесе қатты бөлшектер болуы мүмкін. Диспергирленген сұйықта тамшы диаметрі 1,0-1,5мкм үлкендікте болуы мүмкін. Бұл кезде түтін мен тұман бөлшектері өлшемімен ғана ерекшеленбейді. Сонымен бірге дисперсті фазаның жағдайымен де ерекшеленеді. Өндіріс қалашығының үстіндегі күрделі аэрозольдар, яғни түтіннің көп мөлшері мен табиғи тұман араласып, «смог»деп аталады.

Венераның бұлтты қабаты, Юпитер атмосферасындағы қызыл және қоңыр бұлттар-бұл басқа планеталық аэрозольдар, жұлдыз аралық және планета аралық шаң бар, планеталардың құйрығы, атмосферасыз, ауасыз спутниктегі вулкан лақтырындылары. Бұндай жүйелерді астозольдар деп атау қабылданған.

Аэрозоль қалай түзіледі? Аэрозольдарды басқа жүйелер сияқты диспергирлеп немесе конденсациялап алады. Диспергирлеген кезде шаңның бұлты түзіледі - толқын бетіндегі сулы шаң, шампанның көпіршіктері, руданы ұсақтаудағы шаң.

Молекулаларды конденсациялаған кезде бұрыннан бар шамға немесе ионға келіп қосылады, конденсацияның орталығы болып қызмет ететін немесе бірыңғай молекулалардың қосылуының бірнеше жолынан бөлшектер туады,пайда болады. Көптеген жағдайларда аэрозольдар бір уақытта диспергирленгеннен және конденсацияланғаннан түзіледі. Мысалы, егер конденсатордан жұқа сымға электірлік разряд жіберсе, онда сым көз қорықтырар жарықпен атылады. Берілген жағдайда сымның заттық бөлігі балқып кетеді, одан кейін конденсирленеді, ал қалған бөлігі атылумен диспиргирленеді. Жүйе екі фракциядан тұру керек: конденсациялық жіңішкелеу және диспергатиялық дөрекілеу.

Химиялық реакцияның нәтижесінде шашыранды булар алынуы мүмкін, мысалы, су буымен SO₃, HCI, AICI₃ өзара әрекеттесуінен, NH₃ буымен HCI –мен контакт кезінде реакцияның өнімі тұман түрінде түзіле бастайды. Дисперсті фазаның бөлшектері өлшемімен, пішінімен, құрылысымен және химиялық табиғатымен ерекшеленеді. Бұл параметрлер ұзақ мерзімде өзгереді (арақашықтықта), солармен аэрозольдардың қасиеттерінің әр түрлілігі анықталады. Аэрозольдардың көптеген қасиеттері гидрофобты зольдердің қасиеттеріне ұқсас, бірақ та фазамен ортаның тығыздығында үлкен айырмашылық бар, сонымен олардың ерекше сапасын үлкен өлшемді бөлшектер қамтамасыз етеді. Ортаның төмен тұтқырлығы және оның азғантай тығыздығын фазаның бөлшегінің өлшемінен аэрозольдың бөлшегінің қозғалысы тәуелді болады. Іргелі тұнбаға түскенде ұсақ бөлшектер тез қозғалады. Сондықтан ірі бөлшектер ыдыстың түбіне шөгеді, ал ұсақ бөлшектері реактор қабырғасына жабысады. Орташа өлшемді бөлшектер көбіне ауада қалады.

Аэрозольдар спецификалық қасиеттерге ие - термофорез және фотофорез. Термофорез - қыздырылған беттен салқындатылғанға қарай ауаның бөлшектерімен бірге қозғалысы. Бұндай қозғалыстың нәтижесінде қатты фазаның бөлшектері салқын бетінде тұнады. Фотофорез кезінде аэрозольдың бөлшектері жарық ағынымен қозғалады. Термофорез және фотофорез атмосферадағы бұлттар қозғалысында үлкен роль атқарады. Аэрозольдың электрлік қасиеттері тағы да ерекше қасиеттерге ие.

Газды орта - жақсы изолятор, сондықтан оларды бөлшектің екі электрлік қабаттары пайда болады. Бірақта әрқашанда газ құрамында болатын аэрозольдың фазалық бөлшектері иондарды жұтуы мүмкін. Әдеттегідей аэрозоль бөлшегінің заряды аз немесе нольге тең болса, онда олар соқтығысу кезінде оңай ажырап кетеді, бұл ұюға әкеледі. Аэрозольдар бөлшегінің үлкен өлшеміне байланысты седиментациялық тұрақсыздыққа ие болады. Жылу орталықтар,домна пештер, коксты батареалар, зауыттар қара және түсті металдар, цемент және басқаларын шығарушылар көп мөлшерде жанармай қажет етеді, технологиялық және вентиляциялық газдармен жетілетін көп түтін мен шаңдар түзіледі. Оларды бұзу керек. Шаңдарды аулау және түтінмен күрес қоршаған орта қорғаушыларының керекті жағдайы болып табылады. Аэрозольдарды бұзу үшін әр түрлі әдістер қолданылады. Шаңды камерада ірі (3-5 мкм-нен үлкен) бөлшектер тұрады, жүргізу жазықтығында жұмыс жасаушы аэрозольдардың кішкентай өлшемді бөлшектерін электросүзгіштер көмегімен тазартуға болады (Коттерельдің аппараттары). Аэрозольдың бөлшектерінде тұнатын газдардағы элекрлық разряд иондардың үлкен үлкен санын береді. 1мкм бөлшекті аэрозольдар сүзуден алынады. Бірақта барлық тазарту әдістерінің эффектілігі дисперстіліктің көбеюімен азаяды. Сондықтан ұсақтайтын бөлшектері бар аэрозольдарды бөлу үшін қайтадан ұю әдісі қолданылады. Аэрозольды бұзуға қолданатын заттар кез-келген өндіріс орнының құрам бөлігі- шаңтұндыру, шаң аулау, вентиляциялық газдар ағынын сүзу жүйелері болып табылады. Ерте заманнан түтінді балық пен етті сүрлеу үшін қолданған. Зиянкес жәндіктерді пестецидтер шашумен жояды, ал дәрілік препараттарды шашумен жануарларды емдейді. Ауада көмір қышқыл газды шашу арқылы жаңбыр шақыруға болады. Қалдықсыз технологияны, ресурстарды комплекстік қолдану жіне қоршаған ортаны қорғау сияқты басты тапсырмаларды аэрозольдар туралы толық мағлұмат білмей шеше алмаймыз.