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¿Sabes cómo se agrupan los polvos debido a fuerzas moleculares débiles?
Un polvo es un sólido seco compuesto de muchas partículas muy finas que fluye libremente cuando se agita o se inclina. Los polvos se consideran una subcategoría especial de materiales granulares, aunque a veces se utilizan los términos "polvo" y "granular" para distinguir entre las diferentes categorías de materiales. Los polvos se refieren específicamente a materiales que tienen partículas finas y, por lo tanto, es más probable que formen grumos cuando fluyen, mientras que los gránulos generalmente se refieren a materiales que tienen partículas más gruesas y generalmente no forman grumos excepto cuando están húmedos.
Muchos productos manufacturados existen en forma de polvo, como la harina, el azúcar, el café molido, la leche en polvo, el tóner de fotocopiadora, la pólvora, los polvos cosméticos y algunos medicamentos.
En la naturaleza, el polvo, la arena fina y la nieve, la ceniza volcánica y la capa más superior del suelo de la superficie de la luna son ejemplos de polvos. Debido a su importancia en la industria, la medicina y las ciencias de la tierra, los polvos son estudiados en detalle por ingenieros químicos, ingenieros mecánicos, químicos, físicos, geólogos e investigadores de otros campos.
Propiedades mecánicas de los polvos
Los polvos generalmente tienen una densidad general mucho mayor, ya sea en el rango compactado o suelto, que los materiales de partículas gruesas. Al espolvorearlo, el polvo puede parecer muy ligero y esponjoso; después de la vibración o la compresión, puede volverse muy denso e incluso perder la capacidad de fluir. Por el contrario, la densidad general de la arena gruesa no cambia significativamente. El comportamiento de aglomeración de los polvos se origina por las fuerzas moleculares de van der Waals, que hacen que las partículas individuales se adhieran entre sí. Esta fuerza existe no sólo en el polvo, sino también en la arena y la grava. Sin embargo, en estos materiales de grano grueso, el peso y la inercia de las partículas individuales son mucho mayores que las muy débiles fuerzas de van der Waals, por lo que las pequeñas adherencias entre partículas no tienen un efecto dominante en el comportamiento general del material. Sólo cuando las partículas son muy pequeñas y ligeras dominan las fuerzas de van der Waals, provocando que el material se aglomere como un polvo.
El límite entre la condición de flujo y la condición viscosa se puede determinar mediante experimentos simples.
Muchos otros comportamientos del polvo son características comunes de todos los materiales granulares, incluida la clasificación, la estratificación, el bloqueo y desbloqueo, la fragilidad, la pérdida de energía cinética, el cizallamiento por fricción, la compactación y la expansión de Reynolds.
Transporte de polvos
Los polvos se transportan a través de la atmósfera de manera diferente que los materiales particulados gruesos. En primer lugar, las partículas diminutas tienen poca inercia frente al arrastre del gas circundante, por lo que tienden a moverse con la corriente en lugar de viajar en línea recta. Por lo tanto, el polvo puede suponer un peligro por inhalación. Las partículas más grandes no pueden penetrar las defensas del cuerpo en las cavidades nasales y sinusales, pero sí atacan y se adhieren a las membranas mucosas. Luego, el cuerpo elimina las partículas expulsando la mucosidad del cuerpo. Las partículas más pequeñas, por el contrario, pueden llegar directamente a los pulmones y no pueden ser expulsadas.La exposición a ciertos polvos sin protección respiratoria adecuada puede provocar enfermedades graves y a veces mortales, como la silicosis.
Además, si las partículas de polvo son lo suficientemente pequeñas, pueden permanecer suspendidas en la atmósfera durante períodos considerables de tiempo. El movimiento aleatorio de las moléculas de aire y la turbulencia proporcionan una fuerza ascendente que puede contrarrestar el efecto descendente de la gravedad. Por el contrario, las partículas gruesas son demasiado pesadas y caen inmediatamente al suelo. Una vez perturbado, el polvo puede formar grandes tormentas de polvo que barren continentes y océanos antes de regresar a la superficie. Esto explica por qué en el medio ambiente natural prácticamente no hay polvo nocivo.
Riesgo de explosión
Muchos polvos comunes fabricados en la industria son combustibles, particularmente materiales metálicos u orgánicos como la harina. Debido a que el polvo tiene una superficie tan grande, una vez encendido, puede arder con fuerza explosiva. Por lo tanto, instalaciones como molinos de harina que no cuentan con medidas adecuadas de protección contra el polvo pueden ser vulnerables a este tipo de explosiones.
Algunos metales son particularmente peligrosos en forma de polvo, especialmente el titanio.
En comparación con otras sustancias, los polvos tienen propiedades únicas. Una pasta o gel seco puede convertirse en polvo cuando está completamente seco, pero no se considera un polvo cuando está húmedo porque no fluye libremente. Los materiales como la arcilla seca, aunque son sólidos secos compuestos de partículas muy finas, no se consideran polvos a menos que se trituren porque las fuerzas de cohesión entre las partículas son demasiado fuertes para fluir libremente como un polvo. Los líquidos fluyen de manera diferente a los polvos porque no pueden resistir ningún esfuerzo cortante y, por lo tanto, no pueden permanecer estables en un ángulo inclinado (es decir, su ángulo de reposo es cero). Un polvo, por otro lado, es un sólido porque puede soportar esfuerzos cortantes y, por lo tanto, exhibir un ángulo de reposo.
El comportamiento de los polvos es un área importante de investigación en materiales particulados, y su comprensión es crucial tanto desde una perspectiva de tecnología industrial como de riesgo para la salud. En este campo científico, lo que más debemos pensar es cómo utilizar de forma segura las propiedades de estas diminutas partículas para beneficiar la vida y el trabajo humanos.
