Language
Country/Area
No result found
ل تعلم كيف تتكتل المساحيق مع بعضها البعض بسبب القوى الجزيئية الضعيفة
المسحوق عبارة عن مادة صلبة جافة تتكون من العديد من الجزيئات الدقيقة جدًا والتي تتدفق بحرية عند رجها أو إمالتها. تعتبر المساحيق فئة فرعية خاصة من المواد الحبيبية، على الرغم من أن مصطلحي "مسحوق" و"حبيبي" يستخدمان أحيانًا للتمييز بين الفئات المختلفة من المواد. تشير المساحيق على وجه التحديد إلى المواد التي تحتوي على جزيئات دقيقة وبالتالي من المرجح أن تشكل كتلًا عند التدفق، بينما تشير الحبيبات عمومًا إلى المواد التي تحتوي على جزيئات أكثر خشونة وعادة لا تشكل كتلًا إلا عندما تكون مبللة.
توجد العديد من السلع المصنعة على شكل مسحوق، مثل الدقيق والسكر والقهوة المطحونة والحليب المجفف وحبر آلات التصوير والبارود ومساحيق التجميل وبعض الأدوية.
في الطبيعة، الغبار والرمال الناعمة والثلوج والرماد البركاني والطبقة العليا من التربة على سطح القمر هي أمثلة على المساحيق. نظرًا لأهميتها في الصناعة والطب وعلوم الأرض، تتم دراسة المساحيق بالتفصيل من قبل المهندسين الكيميائيين والمهندسين الميكانيكيين والكيميائيين والفيزيائيين والجيولوجيين والباحثين في مجالات أخرى.
الخصائص الميكانيكية للمساحيق
تتمتع المساحيق عمومًا بكثافة إجمالية أكبر بكثير سواء في النطاق المضغوط أو السائب مقارنة بمواد الجسيمات الخشنة. عند رشها، قد يبدو المسحوق خفيفًا ورقيقًا للغاية؛ وبعد الاهتزاز أو الضغط، قد يصبح كثيفًا للغاية وحتى يفقد قدرته على التدفق. وعلى النقيض من ذلك، فإن الكثافة الإجمالية للرمل الخشن لا تتغير بشكل كبير. ينشأ سلوك التكتل للمساحيق من قوى فان دير فالس الجزيئية، والتي تجعل الجسيمات الفردية تلتصق ببعضها البعض. لا توجد هذه القوة في المسحوق فقط، بل أيضًا في الرمل والحصى. ومع ذلك، في هذه المواد ذات الحبيبات الخشنة، يكون وزن وقوة القصور الذاتي للجسيمات الفردية أكبر بكثير من قوى فان دير فالز الضعيفة للغاية، وبالتالي فإن الالتصاقات الصغيرة بين الجسيمات ليس لها تأثير مهيمن على السلوك العام للمادة. فقط عندما تكون الجسيمات صغيرة جدًا وخفيفة الوزن تسيطر قوى فان دير فالز، مما يتسبب في تكتل المادة مثل المسحوق.
يمكن تحديد الحدود بين حالة التدفق وحالة اللزوجة من خلال تجارب بسيطة.
تعتبر العديد من سلوكيات المسحوق الأخرى من الخصائص المشتركة لجميع المواد الحبيبية، بما في ذلك التصنيف، والطبقية، والانسداد وإزالة الانسداد، والهشاشة، وفقدان الطاقة الحركية، والقص الاحتكاكي، والضغط، وتوسع رينولدز.
نقل المساحيق
يتم نقل المساحيق عبر الغلاف الجوي بطريقة مختلفة عن المواد الجسيمية الخشنة. أولاً، تتمتع الجسيمات الصغيرة بقدر ضئيل من القصور الذاتي الذي يتعين عليها مواجهته بسبب سحب الغاز المحيط بها، لذا فإنها تميل إلى التحرك مع التدفق بدلاً من السفر في خط مستقيم. ولذلك، قد يشكل المسحوق خطر الاستنشاق. الجسيمات الأكبر حجمًا غير قادرة على اختراق دفاعات الجسم في تجاويف الأنف والجيوب الأنفية، ولكنها ستضرب الأغشية المخاطية وتلتصق بها. ثم يقوم الجسم بإزالة هذه الجزيئات عن طريق إخراج المخاط خارج الجسم. أما الجسيمات الأصغر حجمًا فيمكنها الوصول إلى الرئتين مباشرة ولا يمكن طردها.
يمكن أن تؤدي التعرض لمساحيق معينة دون حماية الجهاز التنفسي الكافية إلى أمراض خطيرة ومميتة في بعض الأحيان مثل داء السليكون.
أيضًا، إذا كانت جزيئات المسحوق صغيرة بما يكفي، فقد تظل معلقة في الغلاف الجوي لفترات زمنية طويلة. إن الحركة العشوائية لجزيئات الهواء والاضطرابات توفر قوة تصاعدية قد تعمل على مواجهة تأثير الجاذبية التنازلي. وعلى النقيض من ذلك، فإن الجسيمات الخشنة تكون ثقيلة للغاية وتسقط على الأرض فورًا. وبمجرد إزعاجه، يمكن للغبار أن يشكل عواصف غبارية كبيرة تجتاح القارات والمحيطات قبل أن تعود إلى السطح. وهذا ما يفسر عدم وجود أي غبار ضار في البيئة الطبيعية تقريبًا.
خطر الانفجار
تعتبر العديد من المساحيق الشائعة المصنعة في الصناعة قابلة للاشتعال، وخاصة المواد المعدنية أو العضوية مثل الدقيق. نظرًا لأن المسحوق يتمتع بمساحة سطح كبيرة، فبمجرد اشتعاله، يمكنه أن يحترق بقوة متفجرة. لذلك، فإن المنشآت مثل مطاحن الدقيق التي لا تطبق تدابير الحماية المناسبة من الغبار قد تكون عرضة لمثل هذه الانفجارات.
بعض المعادن تكون خطيرة بشكل خاص في شكل مسحوق، وخاصة التيتانيوم.
مقارنة بالمواد الأخرى، تتمتع المساحيق بخصائص فريدة. يمكن أن يتحول المعجون أو الجل الجاف إلى مسحوق عندما يجف تمامًا، لكنه لا يُعتبر مسحوقًا عندما يبتل لأنه لا يتدفق بحرية. المواد مثل الطين الجاف، على الرغم من أنها مواد صلبة جافة تتكون من جزيئات دقيقة للغاية، لا تعتبر مساحيق إلا إذا تم سحقها لأن قوى التماسك بين الجزيئات قوية جدًا بحيث لا تتدفق بحرية مثل المسحوق. تتدفق السوائل بشكل مختلف عن المساحيق لأنها لا تستطيع مقاومة أي إجهاد قص وبالتالي لا يمكنها أن تظل مستقرة بزاوية مائلة (أي أن زاوية سكونها تساوي صفرًا). من ناحية أخرى، يعتبر المسحوق مادة صلبة لأنه قادر على تحمل إجهاد القص وبالتالي يُظهر زاوية استقرار.
يعتبر سلوك المساحيق مجالًا مهمًا للبحث في المواد الجسيمية، وفهمه أمر بالغ الأهمية من منظور التكنولوجيا الصناعية ومخاطر الصحة. في هذا المجال العلمي، ما نحتاج إلى التفكير فيه أكثر هو كيفية استغلال خصائص هذه الجزيئات الصغيرة بشكل آمن لصالح حياة الإنسان وعمله؟
