Общая характеристика аэродисперсных систем

(Место аэрозолей среди дисперсных систем с точки зрения коллоидной химии и статистической механики. Классифицирующие признаки для аэродисперсных систем)

Прежде чем начать подробно и детально изучать закономерности физических процессов аэрозолей, целесообразно и полезно разобраться с определениями аэродисперсных систем, даваемыми различными авторами, и с проблемами, которые закономерно при этом возникают. Полвека назад в своей фундаментальной монографии Н.А.Фукс констатировал, что «…до настоящего времени не существует единой общепринятой системы обозначений различных типов аэрозолей; в этом отношении в литературе наблюдается полный произвол». Несомненно, что к настоящему времени ситуация изменилась к лучшему, однако как в научной, так и в учебной литературе зачастую встречаются либо неполные, либо не достаточно однозначные определения аэродисперсных систем. Чаще всего авторы ограничиваются лаконичной констатацией того, что «…аэрозолем называется дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твердой или жидкой дисперсной фазы, иначе говоря, это взвесь твердых или жидких частичек в газах» (Петрянов-Соколов и Сутугин, 1989).

Подобные (или очень схожие) краткие определения можно встретить у большей части авторов, включая энциклопедические словари. Понимая ограниченность и неполноту подобных кратких дефиниций, Грин и Лейн (1972), Фукс (1955), Коузов (1987), Белоусов (1988), Рудяк (1995) пытались обозначить и расширить круг классифицирующих признаков данной физической системы, включая и другие, очень важные для различных типоваэрозолей свойства.

Между тем, в коллоидной химии существует устоявшаяся и конструктивная классификация дисперсных систем в целом, с основами которой полезно познакомиться, например, по известному учебнику (Фролов, 1989). Дисперсные системы, рассматриваемые в коллоидной химии гетерогенны и состоят, как минимум, из двух фаз. Одна из них трактуется как сплошная среда и называется дисперсионной средой. Другая фаза раздроблена и распределена в первой, ее называют дисперсной фазой. Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатных состояниях дисперсной и дисперсионной фаз. Сочетания трех агрегатных состояний (твердое, жидкое и газообразное) позволяют выделить девять типов дисперсных систем.
Для краткости их условно обозначают дробью, числитель которой указывает на агрегатное состояние дисперсной фазы, а знаменатель дисперсионной среды.

Одно из девяти сочетаний (Г/Г) обычно не может соответствовать коллоидной системе, так как газы при нормальных давлениях и температурах при любых концентрациях дают истинные растворы. При очень высоких давлениях некоторые газовые смеси обра-
зуют гетерогенные системы. Этот вопрос тесно соприкасается с проблемой гомогенной конденсации паров, когда в объеме газа (но не на ограждающих поверхностях) зарождается новая жидко-капельная (или твердая) фаза. Кроме того, и при обычных условиях га-зовые смеси могут проявлять отдельные свойства гетерогенно-дисперсных систем благодаря непрерывным флуктуациям плотности, вызывающим неоднородности в системе. Эти примеры указывают на непрерывность перехода от истинных молекулярных растворов к
гетерогенным дисперсным системам.

Из представленной классификации следует, что все дисперсные системы по кинетическим свойствам дисперсной фазы можно разделить на два класса: свободно дисперсные системы, в которых дисперсная фаза подвижна, и связно дисперсные системы — системы с твердой дисперсионной средой, в которой частицы дисперсной фазы относительно прочно связаны между собой и не могут свободно перемещаться.