2) Диффузия

В неподвижном воздухе малые частицы беспорядочно перемещаются из-за соударений с быстро движущимися молекулами газа. Это перемещение, называемое броуновским движением, возможно вследствие соизмеримости размеров аэрозольных частиц и газовых молекул. Броуновское движение способствует выравниванию концентрации частиц в газовой среде. Коэффициент диффузии быстро уменьшается с увеличением размера частицы. Все же для частиц радиусом менее 0,1 мкм он достаточно велик, чтобы броуновское смещение преобладало над оседанием под действием силы тяжести. Такие частицы не будут оседать вследствие седиментации, так как броуновское движение будет поддерживать их во взвешенном состоянии. Для крупных частиц (например диаметром 5 мкм) скорость броуновского движения примерно в 10⁵ раз меньше скорости оседания.

Д) Коагуляция в аэрозолях

При движении и столкновении частиц происходит их коагуляция – слипание, слияние. Механизмов коагуляции несколько. Столкновения могут быть вызваны случайными движениями (тепловая или броуновская коагуляция), а также внешними воздействиями. В высокодисперсных аэрозолях к коагуляции приводит уже броуновское движение. В аэрозолях с большими размерами частиц коагуляция возможна, когда частицы двигаются с разными скоростями или в различных направлениях. Скорость коагуляции пропорциональна квадрату числа частиц N в единице объема:

,

где K – константа коагуляции.

На ранних стадиях, когда счетная концентрация аэрозоля велика, коагуляция протекает с большой скоростью, но затем она быстро уменьшается. Коагуляция сопровождает процесс конденсации и спустя очень короткое время становится основным фактором, определяющим размер частиц. При высокой счетной концентрации коагуляция протекает настолько быстро, что счетная концентрация по прошествии нескольких минут практически не зависит от начальной концентрации. Например, время, в течение которого счетная концентрация станет равной 2,510⁶, будет почти одно и тоже при начальной концентрации 510¹² и 510⁸ см^-3. Если частицы очень малы (как, например, на ранней стадии образования конденсационного аэрозоля) коагуляция протекает быстрее. Коагуляция монодисперсного аэрозоля приводит к возникновению полидисперсности. Вероятность столкновения малой частицы с большой намного больше вероятности столкновения двух одинаковых частиц, вследствие чего скорость коагуляции полидисперсного аэрозоля выше, чем монодисперсного.

Слипшиеся капли и слипшиеся твердые частицы ведут себя по-разному. Капли, скоагулировавшие в большую каплю, утрачивают свою индивидуальность. Объединенные в агрегат твердые частицы разъединены поверхностью раздела и сохраняют свою индивидуальность. Даже в том случае, когда аэрозоль состоит первоначально из твердых сферических частиц, в нем в процессе коагуляции образуются агрегаты неправильной формы. Небольшое отклонение от сферической формы слабо влияет на скорости седиментации и броуновского движения частицы и, соответственно на скорость коагуляции. В случае же образования длинных цепочек подвижность частиц и константа коагуляции больше.

Внешние воздействия способствуют увеличению скорости коагуляции. При седиментации крупные частицы догоняют и захватывают мелкие, это называется гравитационной, или кинематической коагуляцией. В турбулентной среде перебрасывание частиц из одних вихрей в другие также ведет к столкновениям. Турбулентная коагуляция протекает быстрее броуновской. Она наиболее важна для частиц размером 0,1-1 мкм. Если диаметры частиц меньше 0,01 мкм, преобладает коагуляция, вызванная броуновской диффузией.