ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Самопроизвольные процессы в поверхности раздела фаз из "Курс коллоидной химии" Согласно классификации дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз, пены это дисперсные системы, в которых дисперсная фаза — газ, а дисперсионная среда — жидкость. [c.146] По своему строению пены подобны высококонцентрированным желатинированным эмульсиям (см. рис. 53) и так же твердообразны. Пенами являются многие строительные и изоляционные материалы, а также продовольственные продукты пастила, зефир, суфле, мусс и др. [c.147] Чтобы получить устойчивые пены, необходимы эффективные стабилизаторы — пенообразователи. Ими могут быть высокомолекулярные соединения, мыла и другие вещества, дающие прочные пленки. Устойчивость пены, измеряемая временем существования ее определенного объема, зависит только от прочности пленок, разделяющих пузырьки газа. Если эти пленки способны отвердевать, то можно получить практически безгранично устойчивую твердую пену (пенобетоны, пенопласты, микропористая резина и пр.). [c.147] Пены можно получать, продувая газ через жидкость. Если продувать газ через чистую жидкость (например, воздух через чистую воду), то пена не образуется. Если же к воде добавлено поверхностно-активное вещество, образуется неустойчивая пена, пузырьки газа разрываются очень быстро. А если в воде растворены мыло или желатин, образуется устойчивая обильная жидкая пена. Жидкую пену стабилизованную мылом или высокомолекулярным соединением, можно разрушить, добавив поверхностно-активное вещество, вытесняющее пенообразователь с поверхности пузырьков. Жидкие пены, содержащие СО2, широко применяются для тушения пожара, особенно в резервуарах, содержащих бензин н легкие масла. [c.147] Твердые пены, например, пенопласты, получают, вводя в пластические массы некоторые вещества (бикарбонат, мочевину, порофоры и др.), которые разлагаются при 150—180°С и выделяют газообразные продукты углекислый газ, азот, пары воды и другие, создающие микропористые структуры. [c.147] В свойствах, методах получения и стабилизации аэрозолей и седиментационно неустойчивых дымов и туманов много общего. [c.148] Аэрозоли, дымы и туманы имеют большое значение в военной технике (маскировочные дымы, отравляющие дымы и туманы) и в промышленности (пневматическая окраска, лакировка и металлизация поверхностей, распыленное топливо и пр.). Очень часто дымы и туманы — явление нежелательное, так как, образуясь в целом ряде производств, они загрязняют воздух и портят аппаратуру. Весьма опасное и неизлечимое заболевание — силикоз — вызывается мельчайшими пылинками (размером от 30 до 200 ммк) кремнезема. Такая пыль образуется в шахтах во время бурения горных пород, содержащих кремний. При вдыхании пылинки кремнезема, по-видимому, ранят нежную ткань легких, попадают в кровеносные сосуды и вызывают тяжелые заболевания. Аналогичные легочные заболевания вызываются окислами (дымами) некоторых металлов, например окисью цинка, частицы которой представляют ерши коллоидной степени дисперсности (см. рис. 15). Эффективное средство борьбы с силикозом — это бурение горных пород в присутствии водных растворов по-верхностно-активых веществ (Ребиндер). [c.148] Тонкая пыль при известном содержании в воздухе образует сильно взрывчатую смесь. Таковы, например, угольная, сахарная и мучная пыль. [c.148] Дымы и туманы можно получить двумя путями либо диспергированием, либо конденсированием. Первый способ заключается в прямых механических воздействиях на твердое или жидкое вещество, более или менее тонко его раздробляющих. Таковы разнообразные методы дробления, измельчения взрывом, распыления жидкостей в форсунках, пульверизации и т. д. [c.148] Самый процесс конденсации зависит от ряда факторов. Прежде всего — от степени пересыщения пара, т. е. от отношения его упругости к J пpyro ти насыщенного пара при этой температуре. Чем выше степень пересыщения, тем легче происходит конденсация. Однако ход процесса конденсации определяется не только степенью пересыщения. Второе необходимое условие — наличие центров или ядер конденсации, роль которых могут играть мельчайшие твердые или жидкие частицы, даже газовые ионы. В воздухе, лишенном пылинок и газовых ионов, водяной пар не конденсируется даже при 8—10-кратном пересыщении (см. гл. 1У). [c.149] Химические процессы, приводящие к образованию аэрозолей, весьма разнообразны, но сущность их заключается в том, что газообразные вещества в результате реакции дают твердые или жидкие продукты, обладающие весьма малой упругостью пара. Классическим примером может служить дым хлористого аммония, возникающий при взаимодействии газообразного аммиака и хлористого водорода, или дым окиси магния, возникающий при сгорании магния. [c.149] Рассматривая свойства аэрозолей, прежде всего необходимо отметить, что они обладают значительно меньшей агрегативной устойчивостью, чем коллоидные и дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой. Как мы ви дели выше, агрегативная устойчивость дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой обусловлена существованием либо двойного электрического слоя, либо сольватной оболочки, либо, наконец, прочной пленки на поверхности частиц. В системах с газообразной дисперсионной средой всякое взаимодействие между поверхностью частиц и средой отсутствует. Правда, ионы, обычно присутствующие в небольшом количество в газообразной среде, способны адсорбироваться на поверхности частиц и придавать им электрический заряд, однако возникающий заряд невелик и фактором устойчивости служить не может. Поэтому аэрозоли агрегативно неустойчивы, и в них всегда идет самопроизвольная коагуляция, скорость которой зависит от начальной концентрации аэрозоля и подчиняется уравнению Смолуховского для кинетики быстрой коагуляции (см. гл. VI). [c.149] Существуют две основные группы методов борьбы с дымами и туманами электрические методы, ускоряющие коагуляцию частиц, и механические, отделяющие частицы от газообразной среды. Первая группа методов сводится обычно к электроосаждению. Они основаны на электрофорезе — движении заряженных частиц в электрическом поле. Но скорость этого движения пропорциональна заряду частиц, а он в обычных аэрозолях невелик. [c.150] Чтобы электроосаждение было возможно, необходимо, чтобы заряд частиц превышал некоторое предельное значение и чтобы газообразная среда обладала минимальной проводимостью. Эти условия достигаются лишь в электрическом поле высокого напряжения (до 90000 в). При таком высоком напряжении катод посылает огромное количество электронов, ионизующих воздух. Частицы аэрозоля получают высокий отрицательный зчряд и достаточно быстро притягиваются к положительному электроду. Таков, например, принцип действия наиболее рас-Рис. 55. Схема электро- пространенного аппарата для электроосаждения взвешенных осаждения дымов — электрофильтра частиц Коттреля. [c.150] Конструкция электрофильтров разнообразна. Типичный аппарат состоит из ряда труб, одна из которых изображена схематически на рис. 55. [c.150] Электрическое поле в электрофильтре (трубе) образуется между двумя электродами отрицательным (коронирующим) А и положительным (осадительным) — трубой Б. [c.150] Ток к электродам подают от специального повысительно-выпрямительного агрегата. Когда напряженность поля у поверхности коронирующего электрода (обычно это проволока диаметром 2—-5 мм) достигнет определенной величины, начинается ионизация пропускаемого через входное отверстие В загрязненного газа. В этот момент катод покрывается светящейся пленкой прилегающего ионизированного газа. Отрицательные ионы адсорбируются на взвешенных в нем твердых или жидких частицах и заряжают их. [c.150] Описанный метод улавливания дисперсной фазы из аэрозолей имеет весьма важное промышленное и санитарно-гигиеническое значение. С помощью электрофильтров в больших городах в обязательном порядке очищают дымовые газы, выпускаемые в атмосферу фабриками и заводами, а на специальных промышленных предприятиях улавливают ценнейшее сырье окиси металлов, различные виды сажи, цемент и т. д. [c.151] Среди механических методов разрушения дымов и туманов наибольшее значение имеет фильтрация. Применяются фильтры из войлока, бумаги и пористых материалов. Осаждение частиц в фильтре может происходить по различным причинам. Очень мелкие частицы достигают поверхности волокна благодаря броуновскому движению и прилипают к ней. Более крупные отбрасываются на стенки в силу инерции, теряют скорость и остаются в порах фильтра. Наконец, самые крупные могут задерживаться механически так же, как ситом задерживаются частицы более крупные, чем его отверстия. Главную роль в фильтрах играет обычно не размер пор, а их извилистость. [c.151] Таким образом, сила тяжести в газообразной среде всегда больше, чем в любой жидкости. [c.152] Вернуться к основной статье