2.8. Термофорез и фотофорез

Если нагретое тело поместить в объем, заполненный аэрозолем (т.е. мелкими частицами, взвешенными в воздухе, например дымом или туманом), то вокруг тела возникает так называемая темная зона (среда, свободная от аэрозоля), толщина которой зависит от разности температур тела и среды, давления газа, размера и формы тела и не зависит от его химического состава. Горячее тело как бы отталкивает от себя частицы аэрозоля.

Это явление называется термофорез и оно обусловлено термофоретическими силами, действующмими со стороны газообразной среды на находящееся в ней неравномерно нагретые тела (в частности, частицы аэрозоля). Термофоретические силы возникают вследствие того, что газовые молекулы у более нагретой стороны частицы сильнее бомбардируют ее, чем у менее нагретой стороны, и потому сообщает частице импульс в направлении убывания температуры. Величина термофоретических сил пропорциональна квадрату радиуса частицы, скорость же движения частицы под действием этих сил – скорость термофореза – не зависит от ее размера вследствие соответствующего возрастания силы сопротивления среды.

Если аэрозоль осветить интенсивным направленным пучком света, то аэрозольные частицы начинают совершать упорядоченные движения, причем некоторые из них в направлении распространения света (положительный фотофорез), а другие навстречу ему (отрицательный фотофорез). Наиболее сильно фотофорез проявляется на окрашенных частицах. Тип фотофореза зависит от цвета и от ее размера.

В основе явления лежит совместное действие на частицу светового давления и термофоретических сил. Преобладание одного из этих факторов определяет тип фотофореза. Так, для мелких частиц основным фактором является световое давление, оно и обуславливает в данном случае положительный фотофорез. В аэрозолях селеновой и железной пыли под влиянием светового потока аэрозольные частицы начинают двигаться в направлении перпендикулярном направлению распространения света.

2.9. Молекулярные цеолитовые сита

Цеолиты являются кристаллическими водными алюмосиликатами, они относятся к группе каркасных алюмосиликатов. Каркасы цеолитов содержат каналы и сообщающиеся между собой полости, в которых находятся катионы и молекулы воды. Катионы довольно подвижны и обычно могут в той или иной степени обмениваться на другие катионы.

Каркасы цеолитов похожи на пчелиные соты и образованы из цепочек анионитов кремния и алюминия. Из-за своего строения каркас имеет отрицательный заряд и этот заряд компенсируется катионами щелочных или щелочноземельных металлов, находящихся в полостях-сотах. Тип цеолита (диаметр его пор) определяется соотношением кремния и алюминия и типом катионов. Главным образом это вода. Она удаляется при нагревании до 600 .. 800 °С, сам каркас при этом не разрушается, он сохраняет первоначальную структуру. Именно поэтому цеолит способен вновь поглощать потерянную воду и другие вещества. Размером пор определяется и размер частиц, способных в них проникать; цеолиты могут, как бы просеивать молекулы, сортировать их по размерам. Кроме того, они используются как адсорбенты, они в 10-100 раз эффективнее, чем все другие осушители и работают при различных температурах. При 196 °С адсорбционная способность цеолитов резко повышается. Они поглощают даже воздух, создавая в сосуде разряжение. Цеолиты используют как ионообменники, не разрушающиеся под действием излучения. В качестве катализаторов устойчивы к действию высоких температур, каталитических ядов, позволяют гибко менять свойства.

Размер ячеек цеолита сохраняется практически постоянным в широком диапазоне температур, так как коэффициент расширения полностью гидратированного цеолита (6.91) близок к коэффициенту терморасширения кварца (5.21).

Чистые цеолиты бесцветны. Если катионы щелочных или щелочноземельных металлов, обычно присутствующие в синтетических цеолитах, обменять на ионы переходных металлов, цеолиты могут приобрести окраску. Если окраска индивидуального иона зависит от того, находится ли он в гидратизированном или безводном состоянии, окраска цеолита будет меняться со степенью гидратации. Способность цеолитов менять цвет в присутствии паров воды используется для ее определения. Цеолиты имеют так же очень интересные диэлектрические и электропроводные свойства.