3. Поверхнево-активні речовини. Аерозолі, пили, їх пожежна небезпечність.

Поверхне́во-акти́вні речови́ни (ПАР, сурфактанти, детергенти) — хімічні речовини, які знижують поверхневий натяг рідини, полегшуючи розтікання, у тому числі знижуючи поверхневий натяг на межі двох рідин. Це речовини, молекули або йони яких концентруються під дією молекулярних сил (адсорбуються) біля поверхні розділу фаз і знижують поверхневу енергію. У вужчому значенні поверхнево-активними речовинами здебільшого називають речовини, що знижують поверхневий натяг на межі поділу: рідина (вода) — повітря (пара), рідина (вода) — рідина (масло), рідина — тверда поверхня.

Поверхнево-активні речовини — зазвичай амфіфільні органічні сполуки (термін амфіфільні означає, що вони містять як гідрофільні групи («головки»), так і гідрофобні групи («хвости»). Через таку будову вони розчинюються як у неполярних жирах і органічних розчинниках, так і в полярних середовищах (воді). За будовою молекули на ІІІ Міжнародному конгресі по ПАР в 1960 році було прийнято поділяти поверхнево-активні речовини на такі класи:

1. Іоногенні ПАР

1. Аніонні ПАР

2. Катіонні ПАР

3. Амфотерні ПАР

2.Неіоногенні ПАР.

2.1. Алкілполіглюкозиди

2.2. Алкілполіетоксилати

Аніоноактивні ПАР містять у складі молекули полярні групи, які дисоціюють у водних розчинах з утворенням негативно заряджених іонів з довгим гідрофобним ланцюгом. При адсорбції аніоногенні поверхнево-активні речовини надають поверхні негативного заряду. Гідрофобною частиною молекули зазвичай виступають насичені або ненасичені аліфатичні або арилаліфатичні ланцюги. Найпоширенішими представниками є алкілсульфати та алкіларилсульфонати, а також похідні насичених та деяких ненасичених карбонових кислот (мила).

Катіоноактивні поверхнево-активні речовини, на відміну від аніоноактивних, дисоціюють у водному розчині з утворенням позитивно зарядженого поверхнево-активного іону з довгим гідрофобним ланцюгом та негативно зарядженого іону, зазвичай галогеніду, іноді аніону сульфатної або ортофосфорної кислоти. При адсорбції на поверхні катіонні ПАР надають їй позитивного заряду. Серед катіоноактивних іоногенних ПАР переважають нітрогеновмісні сполуки. Найважливіше промислове значення серед них мають сполуки піридину, хіноліну, фталазіну, бензімідазолу, бензотіазолу та ін.

Неіоногенні ПАР — це поверхнево-активні речовини, молекули яких у водних розчинах не здатні до дисоціації на іони. Молекули таких речовин теж мають дифільну природу: вони складаються з довгого вуглеводневого ланцюга з гідрофільними етерними та гідроксильними групами, які зумовлюють розчинність таких речовин у воді. Неіоногенні ПАР отримують взаємодією етиленоксиду та спиртів, карбонових кислот, алкілфенолів та алкілнафтолів, амінів, амідів, імідазолів, сульфамідів, меркаптанів. Перевагою неіоногенних поверхнево-активних речовин є можливість регулювання їх гідрофільності. Також позитивною рисою є те, що жорсткість води не впливає на їхню розчинність, а також те, що вони можуть використовуватись з катіонними та аніонними ПАР, що є причиною частого використання їх у складі мийних засобів.

Аерозолі та пил: пожежна небезпечність:

Примусове займання пилових сумішей залежить від того, у якому стані він перебуває гель це чи золь.

Аерозолі спалахують і горять аналогічно газоповітряним сумішам, однак механізм передачі теплового потоку дещо відрізняється. Для газових сумішей головним є передача тепла конвекцією і теплопровідністю; для аерозолів на перше місце висувається тепловипромінювання. Тверді частинки, поглинаючи променевий потік, розкладаються; продукти розкладу утворюють із повітрям горючі суміші. У результаті перед фронтом полум'я є вже готовий шар газоповітряної суміші, прогрітої до температури, при якій розкладалася тверда фаза.

Фронт полум'я поширюється з певною швидкістю, яка залежить від ряду факторів. Швидкість поширення полум'я по аерозолях обернено пропорційна теплоємності аерозолю і діаметру його частинок та прямо пропорційна початковій температурі. Здавалося б, максимальна швидкість поширення полум'я повинна спостерігатися при стехiометричних концентраціях пилу і повітря, але так було б в ідеальному випадку. В дійсності ж, навіть у газоповітряних сумішах, максимальною швидкість поширення горіння буває при концентраціях, дещо більших, ніж стехіометричні; причиною є неповнота згоряння. Повнота згоряння пилу – ще менша, ніж газу, тому максимальна швидкість поширення полум'я по аерозолях спостерігається при концентраціях, що набагато перевищують стехіометричні. Чим грубіший пил, чим менша дисперсність, тим при більшому надлишку горючої речовини реалізується максимальна швидкість поширення полум'я. А взагалі, порядок цієї швидкості становить метри в секунду. Залежно від природи пилу, його дисперсності, вологості, зольності, а також від концентрації кисню у повітрі і початкової температури середовища, вона може складати 3, 5, 10, 20, 30 м/с.

Тверді речовини, порівняно з газоподібними, займають дуже малий об'єм, тому при їх згорянні продукти згоряння займають значно більший об'єм, ніж вихідна суміш. В результаті у замкнених об'ємах горіння пилу набуває характеру потужного вибуху, з перепадом тиску ще більшим, ніж при горінні газів.

Температура самоспалахування аерозолю-гелю теж є досить важливим параметром, що характеризує його пожежну небезпеку. Це найнижча температура нагріву пилу, при якій різко прискорюється екзотермічний процес, що приводить до полум’яного горіння. Із зниженням температури самоспалахування небезпека пилу зростає.

Температура самоспалахування полімерного і целюлозного пилу знижується із збільшенням концентрації кисню у повітрі та зменшенням вологості пилу.

Спалахування і поширення полум’я по аерозолю відбувається тільки у тому випадку, коли його концентрація перебуває в діапазоні концентраційних меж спалахування, між нижньою та верхньою межами поширення полум’я.

Найнижча концентрація пилу в повітрі (в г/м³ або кг/м³ ), при якій суміш здатна спалахувати від стороннього джерела запалення з послідуючим поширенням полум’я на весь об’єм суміші, називається нижньою концентраційною межею поширення полум’я.

Процес горіння аерозолю при такій концентрації характеризується низькими температурою і тиском, а також малою швидкістю поширення полум’я. Але не зважаючи на це, НКМПП має велике значення, так як вона характеризує ступінь пожежо-вибухонебезпечністі аерозолів на виробництві, де цей пил утворюється. HKMПП аерозолю враховують при класифікації виробництв за ступенем пожежної небезпеки відповідно до будівельних норм і правил. HKMПП аерозолю враховують також для розрахунку безпечного режиму роботи установок пневмотранспортеру, пило осадження і т.д.

Що стосується верхньої межі BKMПП, то для всіх аерозолів, вона дуже велика і практично недосяжна. Важко втримати в підвішеному стані в 1м³ повітря 13,5кг пороху цинку, або 2,2кг пороху торфу. Тому для пилу у довідковій літературі є дані тільки HKMПП.

Якщо в приміщенні досягається концентрація пилу, що дорівнює HKMПП, тоді на відстані 3-4м предмети розрізнити не можливо.

Контрольні питання:

1. Дайте визначення колоїдним системам, та як їх добувають?

2. Класифікуйте колоїдні системи за дисперсністю. Наведіть приклади.

3. Про що говорить стійкість колоїдних систем? Яке її місце на практиці?

4. Охарактеризуйте явище адсорбції.

5. Для чого призначенні поверхнево-активні речовини? Як їх класифікують?

6. В чому полягає пожежна небезпечність аерозолів та пилу?

Домашнє завдання:

Опрацювати :

Література