Bột

Bột là một dạng chất rắn khô, được chế biến qua giai đoạn sơ bộ, gồm nhiều hạt cực nhỏ có khả năng chảy tự do khi nghiêng hoặc lắc. Bột là một dạng vật liệu hạt với kích thước mịn hơn so với hạt, và thường tạo thành khối lớn hơn khi chảy. Hạt thường chỉ những vật liệu dạng hạt thô, không dễ kết thành khối trừ khi ẩm ướt.

Danh mục

Nhiều sản phẩm được chế biến thành dạng bột, chẳng hạn như bột thực phẩm, đường, cà phê xay, sữa bột, mực in, thuốc súng, mỹ phẩm bột, và một số loại thuốc. Trong tự nhiên, bụi, cát, tuyết, tro núi lửa và lớp đất trên cùng của Mặt Trăng cũng là ví dụ về dạng bột.

Vì tầm quan trọng của chúng trong ngành công nghiệp, y học và nghiên cứu địa chất, bột đã được các kỹ sư hóa học, kỹ sư cơ khí, nhà hóa học, nhà vật lý, nhà địa chất và các nhà nghiên cứu khác nghiên cứu một cách sâu rộng.

Các đặc tính cơ học

Một loại bột thường có thể được nén hoặc làm lỏng để đạt được mật độ rất khác biệt so với vật liệu dạng hạt thô hơn. Khi bột được rắc xuống, nó có thể trở nên rất nhẹ và mịn. Tuy nhiên, khi được rung hoặc nén, nó có thể trở nên rất đặc và thậm chí mất khả năng chảy. Mật độ của cát thô thì không thay đổi nhiều trong phạm vi này.

Hiện tượng vón cục của bột xảy ra do lực Van der Waals giữa các phân tử khiến các hạt kết dính với nhau. Lực này có mặt không chỉ trong bột mà còn trong cát và sỏi. Nhưng trong các vật liệu dạng hạt thô, trọng lượng và quán tính của các hạt lớn hơn nhiều so với lực Van der Waals yếu, nên sự kết dính nhẹ giữa các hạt không có ảnh hưởng đáng kể đến hành vi khối của vật liệu. Chỉ khi các hạt rất nhỏ và nhẹ, lực Van der Waals mới trở nên nổi bật, làm cho vật liệu bị vón cục như bột. Sự chuyển giao giữa các điều kiện chảy và dính có thể được xác định qua các thí nghiệm đơn giản.

Nhiều hành vi tương tự như bột cũng phổ biến ở tất cả các vật liệu dạng hạt, bao gồm sự phân tách, phân tầng, rối loạn và không rung, dễ vỡ, mất động năng, ma sát cắt, nén và giãn nở theo Reynold.

Vận chuyển bột

Việc vận chuyển bột trong không khí khác biệt so với vật liệu dạng hạt thô. Các hạt nhỏ có quán tính rất thấp so với lực kéo của không khí xung quanh, do đó chúng thường bị cuốn theo dòng chảy thay vì di chuyển theo đường thẳng. Điều này có thể gây nguy hiểm nếu hít phải. Các hạt lớn hơn thường không thể vượt qua hệ thống phòng vệ của mũi và xoang, mà thường dính vào màng nhầy. Cơ thể sẽ loại bỏ chất nhầy cùng với các hạt này. Ngược lại, các hạt nhỏ có thể vào sâu trong phổi và không thể bị loại bỏ, dẫn đến các bệnh nghiêm trọng như bệnh bụi phổi silic nếu không có bảo vệ hô hấp đầy đủ.

Các hạt bột đủ nhỏ có thể lơ lửng trong không khí lâu dài nhờ vào chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử không khí và sự nhiễu loạn, tạo ra lực nâng chống lại trọng lực. Ngược lại, các hạt thô nặng sẽ rơi xuống ngay lập tức. Sau khi bị khuấy động, bụi có thể hình thành các cơn bão bụi khổng lồ xuyên qua các lục địa và đại dương trước khi rơi trở lại bề mặt. Đây là lý do tại sao bụi độc hại trong môi trường tự nhiên khá hiếm. Khi bụi ở trên cao, nó có thể tồn tại cho đến khi gặp nước dưới dạng mưa hoặc sương, sau đó dính lại và bị cuốn xuống các vùng trũng để lắng xuống dưới dạng bùn. Các trầm tích này có thể biến thành đá bùn qua quá trình địa chất. Mặt Trăng không có gió và nước, vì vậy regolith của nó chứa bụi nhưng không có đá bùn.

Lực kết dính giữa các hạt thường chống lại lực của không khí, khiến cho gió ít có khả năng khuấy động các hạt bụi nhỏ hơn so với các hạt cát lớn hơn. Các tác động cơ học như giao thông, khai thác hay di chuyển của gia súc thường hiệu quả hơn gió trong việc làm khuấy động bột.

Các đặc tính khí động học của bột thường được tận dụng để vận chuyển trong các ứng dụng công nghiệp. Vận chuyển bằng khí nén là phương pháp chuyển bột hoặc hạt qua đường ống bằng cách thổi khí. Tầng sôi khí là một bình chứa đầy bột hoặc chất hạt được xáo trộn lên bằng cách thổi khí lên trên. Phương pháp này thường được sử dụng để đốt cháy tầng sôi hoặc thực hiện các phản ứng hóa học khí với bột.

Một số loại bột có thể sinh ra bụi nhiều hơn các loại khác. Hiện tượng khi bột tạo ra các hạt trong không khí dưới một lượng năng lượng nhất định được gọi là 'bụi'. Đây là một đặc tính quan trọng của bột liên quan đến quá trình tạo aerosol. Nó cũng cho thấy mức độ tiếp xúc của con người với các hạt khí dung và các rủi ro sức khỏe liên quan (thông qua tiếp xúc với da hoặc hít phải) trong môi trường làm việc. Các phương pháp kiểm tra độ bụi đã được thiết lập trong các phòng thí nghiệm để dự đoán hành vi của bột trong quá trình tạo aerosol. Các phương pháp này cho phép áp dụng nhiều mức năng lượng khác nhau lên các vật liệu dạng bột, mô phỏng các tình huống thực tế khác nhau.