QUÍMICA FÍSICA

Actinismo ( / æ k t ɪ n ɪ z əm / ) es la propiedad de la radiación solar que conduce a la producción de fotoquímicos y fotobiológicos efectos. ^{[1] El} actinismo se deriva del griego ακτίς, ακτῖνος (un rayo o rayo). La palabra actinismo se encuentra, por ejemplo, en la terminología de tecnología de imágenes (esp. Fotografía), medicina (relativa a las quemaduras solares) y química (concerniente a los contenedores que protegen de la degradación fotográfica), y se aplica el concepto de actinismo, por ejemplo en fotografia quimicay las imágenes de rayos X.

Actínica ( / æ k t ɪ n ɪ k / ) productos químicos incluyen sales de plata utilizados en fotografía y otros productos químicos sensibles a la luz.

En química [ editar ]

En términos químicos, el actinismo es la propiedad de la radiación que permite que sea absorbida por una molécula y, como resultado, cause una reacción fotoquímica. Einstein fue el primero en teorizar correctamente que cada fotón podría causar solo una reacción molecular. Esta distinción separa las reacciones fotoquímicas de las reacciones de reducción exotérmica provocadas por la radiación.

Para propósitos generales, la fotoquímica es la vernácula comúnmente utilizada en lugar de actínica o actinoquímica , que también se usa más comúnmente para fotografía o imágenes.

En medicina [ editar ]

En medicina, los efectos actínicos generalmente se describen en términos de la dermis o las capas externas del cuerpo, como los ojos (ver: conjuntivitis actínica ) y los tejidos superiores a los que normalmente afectaría el sol, en lugar de los tejidos más profundos que la energía más alta y de menor longitud de onda. Las radiaciones como rayos X y gamma pueden afectar. El actínico también se usa para describir afecciones médicas que se desencadenan por la exposición a la luz, especialmente la luz ultravioleta (vea la queratosis actínica ).

El término rayos actínicos se utiliza para referirse a este fenómeno. ^[2]

En biología [ editar ]

En biología, "luz actínica" denota luz de fuentes solares u otras que pueden causar reacciones fotoquímicas como la fotosíntesis en una especie.

Fotografía [ editar ]

La luz actínica se usó por primera vez en la fotografía temprana para distinguir la luz que expondría las películas monocromas de la luz que no lo haría. Se puede usar una luz segura no actínica (por ejemplo, rojo o ámbar) en un cuarto oscuro sin riesgo de exponer (empañar) películas , placas o papeles sensibles a la luz .

Las primeras películas, placas y papeles "no sensibles al color" (NCS) solo fueron sensibles al extremo de alta energía del espectro visible desde el verde al UV (luz de longitud de onda más corta). Esto haría una impresión de las áreas rojas como un tono muy oscuro porque la luz roja no era actínica. Por lo general, la luz de las lámparas de destello de xenón es altamente actínica, al igual que la luz del día, ya que ambas contienen una importante luz verde a UV.

En la primera mitad del siglo XX, los desarrollos en la tecnología de películas produjeron películas sensibles a la luz roja y amarilla, conocidas como ortocromáticas y pancromáticas, y las extendieron hasta la luz casi infrarroja . Estos dieron una reproducción más verdadera de la percepción humana de la luminosidad en todo el espectro de colores. Por lo tanto, en fotografía, la luz actínica debe ahora ser referenciada al material fotográfico en cuestión.

En fabricación [ editar ]

La inspección actínica de las máscaras en la fabricación de chips de computadora se refiere a la inspección de la máscara con la misma longitud de onda de luz que utilizará el sistema de litografía.

En acuicultura [ editar ]

Las luces actínicas también son comunes en la industria de acuarios de arrecife . Se utilizan para promover el crecimiento de coral e invertebrados. ^[3] [4] También se usan para acentuar la fluorescencia de los peces fluorescentes.

La iluminación actínica también se utiliza para limitar el crecimiento de algas en el acuario. ^[5] Dado que las algas (como muchas otras plantas) florecen en aguas cálidas poco profundas, las algas no pueden fotosintetizar de manera efectiva la luz azul y violeta, por lo que la luz actínica minimiza su beneficio fotosintético.

La iluminación actínica también es una excelente alternativa a las luces negras, ya que proporciona un "ambiente nocturno" para los peces, al tiempo que permite que crezca suficiente luz para que crezcan los corales y otras especies marinas. Estéticamente, hacen que el coral florezca en el ojo, pero en algunos casos también promueve el crecimiento de coral de aguas más profundas que se especializa en la fotosíntesis utilizando luz azul.

La iluminación artificial [ editar ]

Las luces "actínicas" son una luz azul de alta temperatura de color. También se utilizan en los asesinos de moscas eléctricas para atraer a las moscas.

La actinología es el estudio de los efectos químicos de la luz visible de alta energía y la luz ultravioleta . Actinology se deriva del griego Aktino , lo que significa una fuerza radiante , y el sufijo Inglés logía , es decir, el estudio de .

aerosol es una suspensión de partículas sólidas finas o gotas de líquido , en el aire u otro gas . ^{[1] Los} aerosoles pueden ser naturales o antropogénicos . Ejemplos de aerosoles naturales son la niebla , el polvo , los exudadosforestales y el vapor de géiseres . Ejemplos de aerosoles antropogénicos son la neblina , los contaminantes del aire en partículas y el humo . ^{[ dudoso - discutir ] [1]} Las partículas líquidas o sólidas tienen diámetros típicamente <1 font="" m="" nbsp="">Las partículas más grandes con una velocidad de sedimentación significativa convierten a la mezcla en una suspensión , pero la distinción no es clara. En la conversación general, el aerosol generalmente se refiere a un aerosol que entrega un producto de consumo desde una lata o contenedor similar. Otras aplicaciones tecnológicas de los aerosoles incluyen la dispersión de pesticidas, tratamiento médico de enfermedades respiratorias y tecnología convincente. ^{[2] Las} enfermedades también se pueden propagar por medio de pequeñas gotitas en el aliento , también llamadas aerosoles (o algunas veces bioaerosoles ). ^[3]

La ciencia de los aerosoles abarca la generación y eliminación de aerosoles, la aplicación tecnológica de los aerosoles, los efectos de los aerosoles en el medio ambiente y las personas, y otros temas.

La niebla y las nubes son aerosoles.

Definiciones [ editar ]

Fotomicrografía realizada con un microscopio electrónico de barrido (SEM): partículas de ceniza volante a 2.000 aumentos. La mayoría de las partículas en este aerosol son casi esféricas.

Un aerosol se define como un sistema de suspensión de partículas sólidas o líquidas en un gas. Un aerosol incluye tanto las partículas como el gas de suspensión, que generalmente es aire. ^[1] Frederick G. Donnanpresumiblemente utilizó el término aerosol durante la Primera Guerra Mundial para describir una solución aerodinámica , nubes de partículas microscópicas en el aire. Este término se desarrolló de manera análoga al término hidrosol , un sistema coloide con agua como medio dispersado. ^[4] Los aerosoles primarios contienen partículas introducidas directamente en el gas; Los aerosoles secundarios se forman a través de la conversión de gas a partícula. ^[5]

Varios tipos de aerosoles, clasificados según la forma física y la forma en que se generaron, incluyen polvo, humo, niebla, humo y niebla. ^[6]

Hay varias medidas de concentración de aerosol. La ciencia ambiental y la salud a menudo utilizan la concentración de masa ( M ), definida como la masa de materia particulada por unidad de volumen con unidades como μg / m ³ . También se usa comúnmente la concentración del número ( N ), el número de partículas por unidad de volumen con unidades como el número / m ³ o el número / cm ³ . ^[7]

El tamaño de las partículas tiene una influencia importante en sus propiedades, y el radio de partícula de aerosol o el diámetro ( d _p ) es una propiedad clave utilizada para caracterizar aerosoles.

Los aerosoles varían en su dispersión . Un aerosol monodisperso , producible en el laboratorio, contiene partículas de tamaño uniforme. La mayoría de los aerosoles, sin embargo, como sistemas coloidales polidispersos , exhiben un rango de tamaños de partículas. ^[8] Las gotas líquidas casi siempre son casi esféricas, pero los científicos usan un diámetro equivalente para caracterizar las propiedades de varias formas de partículas sólidas, algunas muy irregulares. El diámetro equivalente es el diámetro de una partícula esférica con el mismo valor de alguna propiedad física que la partícula irregular. ^[9] El diámetro equivalente del volumen ( d _e) se define como el diámetro de una esfera del mismo volumen que el de la partícula irregular. ^[10] También se usa comúnmente el diámetro aerodinámico .

Distribución de tamaño [ editar ]

La misma distribución hipotética logarítmica normal de aerosoles representada, de arriba a abajo, como una distribución de números en función del diámetro, una distribución de área de superficie en relación con un diámetro y una distribución de volumen en función del diámetro. Los nombres de modo típicos se muestran en la parte superior. Cada distribución se normaliza de modo que el área total es 1000.

Para un aerosol monodisperso, un solo número, el diámetro de partícula, es suficiente para describir el tamaño de las partículas. Sin embargo, las distribuciones de tamaño de partícula más complicadas describen los tamaños de las partículas en un aerosol polidisperso. Esta distribución define las cantidades relativas de partículas, ordenadas por tamaño. ^[11]Un enfoque para definir la distribución del tamaño de partícula usa una lista de los tamaños de cada partícula en una muestra. Sin embargo, este enfoque resulta tedioso para determinar en aerosoles con millones de partículas y es incómodo de usar. Otro enfoque divide el rango de tamaño completo en intervalos y encuentra el número (o proporción) de partículas en cada intervalo. Entonces uno puede visualizar estos datos en un histograma.con el área de cada barra que representa la proporción de partículas en ese tamaño, normalmente se normaliza al dividir el número de partículas en un recipiente por el ancho del intervalo, de modo que el área de cada barra sea proporcional al número de partículas en el tamaño Rango que representa. ^[12] Si el ancho de los contenedores tiende a cero , uno obtiene la función de frecuencia: ^[13]

$${\ displaystyle \ mathrm {d} f = f (d_ {p}) \, \ mathrm {d} d_ {p}}

dónde

$${\ displaystyle d_ {p}}es el diametro de las particulas

$${\ displaystyle \, \ mathrm {d} f} es la fracción de partículas que tienen diámetros entre $${\ displaystyle d_ {p}} y $${\ displaystyle d_ {p}} + $${\ displaystyle \ mathrm {d} d_ {p}}

$${\ displaystyle f (d_ {p})} es la función de frecuencia

Por lo tanto, el área bajo la curva de frecuencia entre dos tamaños ayb representa la fracción total de las partículas en ese rango de tamaño: ^[14]

$${\ displaystyle f_ {ab} = \ int _ {a} ^ {b} f (d_ {p}) \, \ mathrm {d} d_ {p}}

También se puede formular en términos de la densidad numérica total N : ^[15]

$${\ displaystyle dN = N (d_ {p}) \, \ mathrm {d} d_ {p}}

Suponiendo que las partículas de aerosol esféricas, la superficie del aerosol por unidad de volumen ( S ) viene dada por el segundo momento : ^[15]

$${\ displaystyle S = \ pi / 2 \ int _ {0} ^ {\ infty} N (d_ {p}) d_ {p} ^ {2} \, \ mathrm {d} d_ {p}}

Y el tercer momento da la concentración de volumen total ( V ) de las partículas: ^[15]

$${\ displaystyle V = \ pi / 6 \ int _ {0} ^ {\ infty} N (d_ {p}) d_ {p} ^ {3} \, \ mathrm {d} d_ {p}}

También es útil aproximar la distribución del tamaño de partícula usando una función matemática . La distribución normal generalmente no describe adecuadamente las distribuciones de tamaño de partícula en aerosoles debido a la asimetría asociada a una larga cola de partículas más grandes. También para una cantidad que varía en un amplio rango, como lo hacen muchos tamaños de aerosol, el ancho de la distribución implica tamaños de partículas negativos, claramente no físicamente realistas. Sin embargo, la distribución normal puede ser adecuada para algunos aerosoles, como los aerosoles de prueba, ciertos granos de polen y esporas . ^[dieciséis]

Una distribución log-normal más ampliamente elegida da la frecuencia numérica como: ^[16]

$${\ displaystyle \ mathrm {d} f = {\ frac {1} {\ sigma {\ sqrt {2 \ pi}}}} e ^ {- {\ frac {(d_ {p} - {\ bar {d_ { p}}}) ^ {2}} {2 \ sigma ^ {2}}}} \ mathrm {d} d_ {p}}

dónde:

$${\ displaystyle \ sigma}es la desviación estándar de la distribución de tamaño y

$${\ displaystyle {\ bar {d_ {p}}}}Es el diámetro medio aritmético .

La distribución log-normal no tiene valores negativos, puede cubrir una amplia gama de valores y se adapta a muchas distribuciones de tamaño observadas razonablemente bien. ^[17]

Otras distribuciones que se usan a veces para caracterizar el tamaño de las partículas incluyen: la distribución de Rosin-Rammler , aplicada a polvos y sprays dispersos de manera gruesa; la distribución Nukiyama-Tanasawa , para pulverizaciones de rangos de tamaño extremadamente amplios; la distribución de la función de poder , aplicada ocasionalmente a los aerosoles atmosféricos; La distribución exponencial , aplicada a materiales en polvo; y para las gotas de nubes, la distribución Khrgian-Mazin . ^[18]

Física [ editar ]

Velocidad terminal de una partícula en un fluido [ editar ]

Para valores bajos del número de Reynolds (<1 a="" aerosol="" cierto="" de="" font="" la="" los="" mayor="" movimientos="" nbsp="" para="">la ley de Stokes describe la fuerza de resistencia sobre una partícula esférica sólida en un fluido. Sin embargo, la ley de Stokes solo es válida cuando la velocidad del gas en la superficie de la partícula es cero. Para partículas pequeñas (<1 aerosoles="" caracterizan="" embargo="" este="" falla.="" font="" los="" m="" nbsp="" que="" sin="" supuesto="">Para explicar este fallo, se puede introducir el factor de corrección de Cunningham , siempre mayor que 1. Incluyendo este factor, se encuentra la relación entre la fuerza de resistencia de una partícula y su velocidad: ^[19]

$${\ displaystyle F_ {D} = {\ frac {3 \ pi \ eta Vd} {C_ {c}}}}

dónde

$${\ displaystyle F_ {D}} Es la fuerza de resistencia sobre una partícula esférica.

$${\ displaystyle \ eta}es la viscosidad del gas

$${\ displaystyle V} es la velocidad de la partícula

$${\ displaystyle C_ {c}} Es el factor de corrección de Cunningham.

Esto nos permite calcular la velocidad terminal de una partícula que experimenta un asentamiento gravitacional en aire en calma. Si descuidamos los efectos de la flotabilidad , encontramos: ^[20]

$${\ displaystyle V_ {TS} = {\ frac {\ rho _ {p} d ^ {2} gC_ {c}} {18 \ eta}}}

dónde

$${\ displaystyle V_ {TS}} Es la velocidad de sedimentación terminal de la partícula.

La velocidad terminal también puede derivarse para otros tipos de fuerzas. Si se cumple la ley de Stokes, entonces la resistencia al movimiento es directamente proporcional a la velocidad. La constante de proporcionalidad es la movilidad mecánica ( B ) de una partícula: ^[21]

$${\ displaystyle B = {\ frac {V} {F_ {D}}} = {\ frac {C_ {c}} {3 \ pi \ eta d}}}

Una partícula que viaja a cualquier velocidad inicial razonable se aproxima a su velocidad terminal de forma exponencial con una e al plegado tiempo igual al tiempo de relajación: ^[22]

$${\ displaystyle V (t) = V_ {f} - (V_ {f} -V_ {0}) e ^ {- {\ frac {t} {\ tau}}}}

dónde:

$${\ displaystyle V (t)} es la velocidad de la partícula en el tiempo t

$${\ displaystyle V_ {f}} es la velocidad final de las partículas

$${\ displaystyle V_ {0}} es la velocidad inicial de las partículas

Para explicar el efecto de la forma de las partículas no esféricas, se aplica un factor de corrección conocido como el factor de forma dinámica a la ley de Stokes. Se define como la relación entre la fuerza resistiva de la partícula irregular y la de una partícula esférica con el mismo volumen y velocidad: ^[23]

$${\ displaystyle \ chi = {\ frac {F_ {D}} {3 \ pi \ eta Vd_ {e}}}}

dónde:

$${\ displaystyle \ chi} es el factor de forma dinámica

Diámetro aerodinámico [ editar ]

El diámetro aerodinámico de una partícula irregular se define como el diámetro de la partícula esférica con una densidad de 1000 kg / m ³ y la misma velocidad de sedimentación que la partícula irregular. ^[24]

Despreciando la corrección de deslizamiento, la partícula se asienta a la velocidad terminal proporcional al cuadrado del diámetro aerodinámico, d _a : ^[24]

$${\ displaystyle V_ {TS} = {\ frac {\ rho _ {0} d_ {a} ^ {2} g} {18 \ eta}}}

dónde

$${\ displaystyle \ \ rho _ {0}}= densidad de partículas estándar (1000 kg / m ³ ).

Esta ecuación da el diámetro aerodinámico: ^[25]

$${\ displaystyle d_ {a} = d_ {e} \ left ({\ frac {\ rho _ {p}} {\ rho _ {0} \ chi}} \ right) ^ {\ frac {1} {2} }}

Uno puede aplicar el diámetro aerodinámico a los contaminantes en partículas o a los medicamentos inhalados para predecir dónde se depositan dichas partículas en el tracto respiratorio. Las compañías farmacéuticas suelen utilizar el diámetro aerodinámico, no el diámetro geométrico, para caracterizar partículas en medicamentos inhalables. ^{[ cita requerida ]}

Dinámica [ editar ]

La discusión anterior se centró en partículas de aerosol individuales. En contraste, la dinámica de los aerosolesexplica la evolución de las poblaciones de aerosoles completas. Las concentraciones de partículas cambiarán con el tiempo como resultado de muchos procesos. Los procesos externos que mueven partículas fuera de un volumen de gas en estudio incluyen difusión , asentamiento gravitacional y cargas eléctricas y otras fuerzas externas que causan la migración de partículas. Un segundo conjunto de procesos internos a un volumen dado de gas incluye la formación de partículas (nucleación), evaporación, reacción química y coagulación. ^[26]

Una ecuación diferencial llamada ecuación general dinámica en aerosol (GDE) caracteriza la evolución de la densidad numérica de las partículas en un aerosol debido a estos procesos. ^[26]

$${\ displaystyle {\ frac {\ partial {n_ {i}}} {\ partial {t}}} = - \ nabla \ cdot n_ {i} \ mathbf {q} + \ nabla \ cdot D_ {p} \ nabla _ {i} + \ left ({\ frac {\ partial {n_ {i}}} {\ partial {t}}} \ right) _ {growth} + \ left ({\ frac {\ partial {n_ {i }}} {\ partial {t}}} \ right) _ {coag} - \ nabla \ cdot \ mathbf {q} _ {F} n_ {i}}

Cambio en el tiempo = transporte convectivo + difusión browniana + interacciones gas-partícula + coagulación + migración por fuerzas externas

Dónde:

$${\ displaystyle n_ {i}} Es la densidad numérica de las partículas de la categoría de tamaño. $${\ displaystyle i}

$${\ displaystyle \ mathbf {q}} es la velocidad de la partícula

$${\ displaystyle D_ {p}}Es la partícula Stokes-Einstein difusividad.

$${\ displaystyle \ mathbf {q} _ {F}} es la velocidad de la partícula asociada con una fuerza externa

Coagulación [ editar ]

Como las partículas y las gotas en un aerosol chocan entre sí, pueden sufrir coalescencia o agregación. Este proceso conduce a un cambio en la distribución del tamaño de partícula del aerosol, y el modo aumenta de diámetro a medida que disminuye el número total de partículas. ^[27] En ocasiones, las partículas pueden romperse en numerosas partículas más pequeñas; sin embargo, este proceso generalmente ocurre principalmente en partículas demasiado grandes para ser consideradas como aerosoles.

Regimenes dinamicos [ editar ]

El número de Knudsen de la partícula define tres regímenes dinámicos diferentes que gobiernan el comportamiento de un aerosol:

$${\ displaystyle K_ {n} = {\ frac {2 \ lambda} {d}}}

dónde $${\ displaystyle \ lambda}es la ruta libre media del gas en suspensión y$${\ displaystyle d}Es el diámetro de la partícula. ^[28] Para partículas en el régimen molecular libre , K _n >> 1; Partículas pequeñas en comparación con la trayectoria libre media del gas en suspensión. ^[29] En este régimen, las partículas interactúan con el gas en suspensión a través de una serie de colisiones "balísticas" con moléculas de gas. Como tales, se comportan de manera similar a las moléculas de gas, tienden a seguir líneas de corriente y se difunden rápidamente a través del movimiento browniano. La ecuación de flujo de masa en el régimen molecular libre es:

$${\ displaystyle I = {\ frac {\ pi a ^ {2}} {k_ {b}}} \ left ({\ frac {P _ {\ infty}} {T _ {\ infty}}} - {\ frac { P_ {A}} {T_ {A}}} \ right) \ cdot C_ {A} \ alpha}

donde a es el radio de la partícula, P _∞ y P _A son las presiones alejadas de la gota y en la superficie de la gota respectivamente, k _b es la constante de Boltzmann, T es la temperatura, C _A es la velocidad térmica media y α es la masa coeficiente de alojamiento. ^{[ cita requerida ]} La derivación de esta ecuación supone una presión constante y un coeficiente de difusión constante.

Las partículas están en el régimen continuo cuando K _n << 1. ^[29] En este régimen, las partículas son grandes en comparación con la trayectoria libre media del gas en suspensión, lo que significa que el gas en suspensión actúa como un fluido continuo que fluye alrededor de la partícula. ^[29] El flujo molecular en este régimen es:

$${\ displaystyle I_ {cont} \ sim {\ frac {4 \ pi aM_ {A} D_ {AB}} {RT}} \ left (P_ {A \ infty} -P_ {AS} \ right)}

donde a es el radio de la partícula A , M _A es la masa molecular de la partícula A , D _AB es el coeficiente de difusión entre las partículas A y B , R es la constante de gas ideal, T es la temperatura (en unidades absolutas como kelvin ), y P _A∞ y P _AS son las presiones en infinito y en la superficie respectivamente. ^{[ cita requerida ]}

El régimen de transición contiene todas las partículas entre los regímenes libre y continuo molecular o K _n ≈ 1. Las fuerzas experimentadas por una partícula son una combinación compleja de interacciones con moléculas de gas individuales e interacciones macroscópicas. La ecuación semi-empírica que describe el flujo de masa es:

$${\ displaystyle I = I_ {cont} \ cdot {\ frac {1 + K_ {n}} {1 + 1.71K_ {n} +1.33 {K_ {n}} ^ {2}}}}

donde me _cont es el flujo de masa en el régimen continuo. ^{[ cita requerida ]} Esta fórmula se llama fórmula de interpolación de Fuchs-Sutugin. Estas ecuaciones no tienen en cuenta el efecto de liberación de calor.

Particionamiento [ editar ]

Condensación y evaporación.

La teoría de la partición de aerosoles gobierna la condensación y la evaporación de una superficie de aerosol, respectivamente. La condensación de masa hace que aumente el modo de las distribuciones del tamaño de partícula del aerosol; a la inversa, la evaporación hace que el modo disminuya. La nucleación es el proceso de formación de masa de aerosol a partir de la condensación de un precursor gaseoso, específicamente un vapor . La condensación neta del vapor requiere sobresaturación, una presión parcial mayor que su presión de vapor . Esto puede suceder por tres razones: ^{[ cita requerida ]}

1. Bajar la temperatura del sistema disminuye la presión de vapor.
2. Las reacciones químicas pueden aumentar la presión parcial de un gas o disminuir su presión de vapor.
3. La adición de vapor adicional al sistema puede disminuir la presión de vapor de equilibrio de acuerdo con la ley de Raoult .

Hay dos tipos de procesos de nucleación. Los gases se condensan preferentemente sobre superficies de partículas de aerosol preexistentes, conocidas como nucleación heterogénea . Este proceso hace que el diámetro en el modo de distribución del tamaño de partícula aumente con la concentración numérica constante. ^[30] Con una sobresaturación suficientemente alta y sin superficies adecuadas, las partículas pueden condensarse en ausencia de una superficie preexistente, conocida como nucleación homogénea . Esto da como resultado la adición de partículas muy pequeñas y de rápido crecimiento a la distribución del tamaño de partícula. ^[30]

Activación [ editar ]

El agua cubre las partículas en un aerosol, haciéndolas activadas , generalmente en el contexto de la formación de una gota de nube. ^{[ cita requerida ]} Siguiendo la ecuación de Kelvin (basada en la curvatura de las gotas de líquido), las partículas más pequeñas necesitan una mayor humedad relativa del ambiente para mantener el equilibrio que las partículas más grandes. La siguiente fórmula da la humedad relativa en equilibrio:

$${\ displaystyle RH = {\ frac {p_ {s}} {p_ {0}}} \ times 100 \% = S \ times 100 \%}

dónde $${\ displaystyle p_ {s}}es la presión de vapor de saturación por encima de una partícula en equilibrio (alrededor de una gota de líquido curvo), p ₀ es la presión de vapor de saturación (superficie plana del mismo líquido) y S es la relación de saturación.

La ecuación de Kelvin para la presión de vapor de saturación sobre una superficie curva es:

$${\ displaystyle \ ln {p_ {s} \ sobre p_ {0}} = {\ frac {2 \ sigma M} {RT \ rho \ cdot r_ {p}}}}

donde r _p radio de la gotita, σ tensión superficial de la gotita, ρ densidad del líquido, masa molar M , temperatura T y constante gaseosa R molar.

Solución a la ecuación dinámica general [ editar ]

No hay soluciones generales para la ecuación dinámica general (GDE); ^[31] Los métodos comunes utilizados para resolver la ecuación dinámica general incluyen: ^[32]

• Método del momento ^[33]
• Método modal / seccional, ^[34] y
• Método de cuadratura de momentos ^[35] [36] / Método de expansión de momentos de la serie Taylor, ^[37] [38] y
• Método de Monte Carlo. ^[39]

Generación y aplicaciones [ editar ]

Las personas generan aerosoles para varios propósitos, incluyendo:

• como aerosoles de prueba para calibrar instrumentos, realizar investigaciones y probar equipos de muestreo y filtros de aire; ^[40]
• para entregar desodorantes , pinturas y otros productos de consumo en aerosoles; ^[41]
• Para dispersión y aplicación agrícola.
• para el tratamiento médico de enfermedades respiratorias ; ^[42] y
• En sistemas de inyección de combustible y otras tecnologías de combustión . ^[43]

Algunos dispositivos para generar aerosoles son: ^[2]

• Aerosol
• Boquilla atomizadora o nebulizador
• Electropulverización
• Cigarrillo electrónico
• Generador de aerosol de orificio vibrante (VOAG)

Estabilidad de las partículas de aerosol generadas [ editar ]

La estabilidad de los aglomerados de nanopartículas es crítica para estimar la distribución del tamaño de partículas en aerosol a partir de nano-polvos u otras fuentes. En los lugares de trabajo de nanotecnología, los trabajadores pueden estar expuestos por inhalación a sustancias potencialmente tóxicas durante el manejo y procesamiento de nanomateriales. Las nanopartículas en el aire a menudo forman aglomerados debido a las atractivas fuerzas entre partículas, como la fuerza de van der Waals o la fuerza electrostática si las partículas están cargadas. Como resultado, las partículas de aerosol generalmente se observan como aglomerados en lugar de partículas individuales. Para las evaluaciones de exposición y riesgo de las nanopartículas en el aire, es importante conocer la distribución del tamaño de los aerosoles. Cuando son inhaladas por humanos, las partículas con diferentes diámetros se depositan en ubicaciones variadas del sistema respiratorio central y periférico. Se ha demostrado que las partículas en nanoescala penetran la barrera aire-sangre en los pulmones y se translocan a órganos secundarios en el cuerpo humano, como el cerebro, el corazón y el hígado. Por lo tanto, el conocimiento sobre la estabilidad de los aglomerados de nanopartículas es importante para predecir el tamaño de las partículas de aerosol, lo que ayuda a evaluar el riesgo potencial de éstas para los cuerpos humanos.

Se han establecido diferentes sistemas experimentales para probar la estabilidad de las partículas en el aire y sus potenciales para desaglomerarse en diversas condiciones. Un sistema completo informado recientemente por Ding & Riediker (2015) ^[44] es capaz de mantener un proceso de aerosolización robusto y generar aerosoles con una concentración de número estable y un tamaño medio de los nano-polvos. El potencial de desaglomeración de varios nanomateriales aerotransportados también se puede estudiar utilizando orificios críticos. Este proceso también fue investigado por Stahlmecke et al. (2009). ^[45] Además, se desarrolló un dispositivo de fragmentación de impacto para investigar las energías de unión entre las partículas. ^[46]

Se podría prever un procedimiento estándar de prueba de desaglomeración con los desarrollos de los diferentes tipos de sistemas existentes. La posibilidad de desaglomeración de partículas de aerosol en entornos ocupacionales puede posiblemente clasificarse para diferentes nanomateriales si se dispone de un método de referencia. Para este propósito, se podría lanzar una comparación entre laboratorios de resultados de pruebas de diferentes configuraciones con el fin de explorar las influencias de las características del sistema en las propiedades de los aerosoles de los nanomateriales generados.

Detección [ editar ]

El aerosol se puede medir in situ o con técnicas de detección remota .

Observaciones in situ [ editar ]

Algunas técnicas de medición in situ disponibles incluyen:

• Espectrómetro de masas de aerosol (AMS)
• Analizador de movilidad diferencial (DMA)
• Espectrómetro de aerosol eléctrico (EAS)
• Medidor de partículas aerodinámico (APS)
• Clasificador aerodinámico de aerosoles (AAC)
• Espectrómetro de partículas de amplio rango (WPS)
• Impactor de depósito uniforme de micro orificio (MOUDI)
• Contador de partículas de condensación (CPC)
• Epifaniómetro
• Impactador eléctrico de baja presión (ELPI)
• Analizador de masas de partículas de aerosol (APM)
• Analizador de masas de partículas centrífugas (CPMA)

Enfoque teledetección [ editar ]

Los enfoques de teledetección incluyen:

• Fotómetro solar
• LIDAR
• Espectroscopia de imagen

Tamaño muestreo selectivo [ editar ]

Las partículas pueden depositarse en la nariz , boca , faringe y laringe (la región de las vías respiratorias de la cabeza), más adentro del tracto respiratorio (desde la tráquea hasta los bronquiolos terminales ) o en la región alveolar . ^[47] La ubicación de la deposición de partículas de aerosol dentro del sistema respiratorio determina fuertemente los efectos en la salud de la exposición a dichos aerosoles. ^[48] Este fenómeno llevó a las personas a inventar muestreadores de aerosol que seleccionan un subconjunto de partículas de aerosol que llegan a ciertas partes del sistema respiratorio. ^[49]Los ejemplos de estos subconjuntos de la distribución del tamaño de partícula de un aerosol, importantes para la salud ocupacional, incluyen las fracciones inhalables, torácicas y respirables. La fracción que puede ingresar a cada parte del sistema respiratorio depende de la deposición de partículas en las partes superiores de la vía aérea. ^[50] La fracción inhalable de partículas, definida como la proporción de partículas originalmente en el aire que pueden ingresar a la nariz o la boca, depende de la velocidad y dirección del viento externo y de la distribución del tamaño de partícula por diámetro aerodinámico. ^[51] La fracción torácica es la proporción de partículas en el aerosol ambiental que puede alcanzar el tórax o la región del tórax. ^[52]La fracción respirable es la proporción de partículas en el aire que pueden alcanzar la región alveolar. ^[53] Para medir la fracción respirable de las partículas en el aire, se utiliza un precolector con un filtro de muestreo. El precolector excluye las partículas, ya que las vías respiratorias eliminan las partículas del aire inhalado. El filtro de muestreo recoge las partículas para su medición. Es común usar la separación ciclónica para el precolector, pero otras técnicas incluyen impactadores, elutriadores horizontales y filtros de membrana de poros grandes . ^[54]

Dos criterios alternativos de selección de tamaño, a menudo utilizados en el monitoreo atmosférico, son PM ₁₀ y PM _2.5 . PM ₁₀ está definido por la ISO como partículas que pasan a través de un cabezal de tamaño selectivo con una eficiencia de corte del 50% a los 10 m de diámetro aerodinámico y PM _2.5 como partículas que pasan a través de un cabezal de tamaño selectivo con un 50% de eficiencia de corte A 2.5 µm de diámetro aerodinámico . PM ₁₀ corresponde a la "convención torácica" según se define en ISO 7708: 1995, Cláusula 6; La PM _2.5corresponde a la "convención respirable de alto riesgo" según se define en ISO 7708: 1995, 7.1. ^[55] ElLa Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos reemplazó los estándares más antiguos para partículas en base a Partículas en Suspensión Total con otra norma basada en PM ₁₀ en 1987 ^[56] y luego introdujo normas para PM _2.5 (también conocidas como partículas finas) en 1997. ^[57]

Atmosférico [ editar ]

Contaminación de aerosoles en el norte de la India y Bangladesh

Artículo principal: Partículas atmosféricas.

Varios tipos de aerosoles atmosféricos tienen un efecto significativo en el clima de la Tierra: volcánico, polvo del desierto, sal marina, que se origina a partir de fuentes biogénicas y está hecho por el hombre. El aerosol volcánico se forma en la estratosfera después de una erupción como gotitas de ácido sulfúrico que pueden prevalecer por hasta dos años y reflejar la luz solar, disminuyendo la temperatura. El polvo del desierto, las partículas minerales sopladas a grandes alturas, absorben el calor y pueden ser responsables de inhibir la formación de nubes de tormenta. Los aerosoles de sulfato hechos por el hombre, principalmente de la quema de petróleo y carbón, afectan el comportamiento de las nubes. ^[58]

Aunque todos los hidrometeoros, sólidos y líquidos, se pueden describir como aerosoles, comúnmente se hace una distinción entre tales dispersiones (es decir, nubes) que contienen gotas y cristales activados, y partículas de aerosol. La atmósfera de la Tierra contiene aerosoles de varios tipos y concentraciones, incluidas cantidades de:

• materiales inorgánicos naturales : polvo fino, sal marina o gotas de agua
• Materiales orgánicos naturales : humo, polen , esporas o bacterias.
• Productos antropogénicos de combustión tales como: humo, cenizas o polvos.

Los aerosoles se pueden encontrar en los ecosistemas urbanos en varias formas, por ejemplo:

• Polvo
• Humo de cigarro
• Niebla de las latas de aerosol
• Hollín o humos en el escape del automóvil

La presencia de aerosoles en la atmósfera terrestre puede influir en su clima, así como en la salud humana.

Efectos [ editar ]

• Las erupciones volcánicas liberan grandes cantidades de ácido sulfúrico , sulfuro de hidrógeno y ácido clorhídrico a la atmósfera. Estos gases representan aerosoles y eventualmente regresan a la tierra como lluvia ácida , teniendo varios efectos adversos sobre el medio ambiente y la vida humana. ^[59]
• Los aerosoles interactúan con el presupuesto energético de la Tierra de dos maneras, directa e indirectamente.

Por ejemplo, un efecto directo es que los aerosoles dispersan y absorben la radiación solar entrante. Esto conducirá principalmente a un enfriamiento de la superficie (la radiación solar se dispersa hacia el espacio), pero también puede contribuir al calentamiento de la superficie (causado por la absorción de la energía solar entrante). ^[60] Este será un elemento adicional al efecto invernadero y, por lo tanto, contribuirá al cambio climático global. ^[61]

Los efectos indirectos se refieren a los aerosoles que interfieren con las formaciones que interactúan directamente con la radiación. Por ejemplo, pueden modificar el tamaño de las partículas de nubes en la atmósfera inferior, cambiando así la forma en que las nubes reflejan y absorben la luz y, por lo tanto, modifican el presupuesto energético de la Tierra. ^[59]

• Cuando los aerosoles absorben contaminantes, facilita la deposición de contaminantes en la superficie de la tierra y en los cuerpos de agua. ^[61] Esto tiene el potencial de dañar tanto el medio ambiente como la salud humana.
• Las partículas de aerosol con un diámetro efectivo menor a 10 μm pueden ingresar a los bronquios, mientras que las que tienen un diámetro efectivo menor a 2.5 μm pueden ingresar hasta la región de intercambio de gases en los pulmones, ^[62] que pueden ser peligrosas para la salud humana.