مسحوق

المسحوق مادة صلبة جافة تتكون من جزيئات دقيقة للغاية ، تتدفق بحرية عند هزها أو إمالتها. تُصنف المساحيق كفئة فرعية خاصة من المواد الحبيبية ، مع أن مصطلحي "مسحوق" و "حبيبي" يُستخدمان أحيانًا للتمييز بين فئتين مختلفتين من المواد. وتشير المساحيق تحديدًا إلى المواد الحبيبية ذات الأحجام الدقيقة ، والتي تميل بالتالي إلى التكتل عند التدفق. أما المواد الحبيبية ، فتشير إلى المواد الحبيبية الخشنة التي لا تميل إلى التكتل إلا عند البلل.

تأتي العديد من المنتجات المصنعة على شكل مسحوق، مثل الدقيق والسكر والقهوة المطحونة والحليب المجفف وحبر آلات التصوير والبارود ومساحيق التجميل وبعض الأدوية . وفي الطبيعة، يُعد الغبار والرمال الناعمة والثلج والرماد البركاني والطبقة العليا من تربة القمر أمثلة أخرى على ذلك .

نظراً لأهميتها في الصناعة والطب وعلوم الأرض، فقد تمت دراسة المساحيق بتفصيل كبير من قبل المهندسين الكيميائيين والمهندسين الميكانيكيين والكيميائيين والفيزيائيين والجيولوجيين والباحثين في التخصصات الأخرى.

عادةً، يمكن ضغط المسحوق أو تفكيكه للحصول على نطاق أوسع بكثير من الكثافات الظاهرية مقارنةً بالمواد الحبيبية الخشنة. فعند نثر المسحوق، قد يكون خفيفًا جدًا وهشًا. وعند اهتزازه أو ضغطه، قد يصبح كثيفًا جدًا، بل وقد يفقد قدرته على التدفق. أما الكثافة الظاهرية للرمل الخشن، من ناحية أخرى، فلا تتغير ضمن نطاق ملحوظ.

ينشأ سلوك التكتل في المساحيق نتيجةً لقوة فان دير فالس الجزيئية التي تجعل الحبيبات الفردية تلتصق ببعضها. هذه القوة موجودة ليس فقط في المساحيق، بل في الرمل والحصى أيضًا. مع ذلك، في هذه المواد الحبيبية الخشنة، يكون وزن وقصور الحبيبات الفردية أكبر بكثير من قوى فان دير فالس الضعيفة جدًا، وبالتالي فإن الالتصاق الطفيف بين الحبيبات لا يؤثر بشكل كبير على سلوك المادة ككل. فقط عندما تكون الحبيبات صغيرة جدًا وخفيفة الوزن، تصبح قوة فان دير فالس هي السائدة، مما يؤدي إلى تكتل المادة كالمسحوق. يمكن تحديد الحجم الأمثل بين حالتي التدفق والالتصاق من خلال تجارب بسيطة. ^{[ 1 ]}

تتشابه العديد من سلوكيات المساحيق الأخرى مع جميع المواد الحبيبية. وتشمل هذه السلوكيات الانفصال، والطبقية، والتكدس والتفكك، والهشاشة ، وفقدان الطاقة الحركية ، والقص الاحتكاكي ، والضغط ، وتمدد رينولدز .

تنتقل المساحيق في الغلاف الجوي بشكل مختلف عن المواد الحبيبية الخشنة. فالجزيئات الصغيرة، على سبيل المثال، تتمتع بقصور ذاتي ضئيل مقارنة بقوة سحب الغاز المحيط بها، ولذا تميل إلى الانجراف مع التيار بدلاً من التحرك في خطوط مستقيمة. ولهذا السبب، قد تشكل المساحيق خطراً عند استنشاقها. أما الجزيئات الأكبر حجماً، فلا تستطيع اختراق دفاعات الجسم في الأنف والجيوب الأنفية، بل تصطدم بالأغشية المخاطية وتلتصق بها. فيقوم الجسم بعد ذلك بإخراج المخاط للتخلص من هذه الجزيئات. في المقابل، يمكن للجزيئات الأصغر حجماً أن تصل إلى الرئتين حيث لا يمكن طردها. وتنتج أمراض خطيرة، قد تكون مميتة أحياناً، مثل داء السيليكا، عن العمل مع بعض أنواع المساحيق دون توفير الحماية التنفسية الكافية.

كذلك، إذا كانت جزيئات المسحوق صغيرة بما يكفي، فقد تبقى عالقة في الغلاف الجوي لفترة طويلة جدًا. وتُولد الحركة العشوائية لجزيئات الهواء والاضطرابات قوى صاعدة قد تُعاكس قوة الجاذبية الهابطة. أما الحبيبات الخشنة، فهي ثقيلة جدًا لدرجة أنها تسقط فورًا على الأرض. وبمجرد أن تُثار، قد يُشكل الغبار عواصف ترابية هائلة تعبر القارات والمحيطات قبل أن تستقر عائدة إلى السطح. وهذا يُفسر قلة الغبار الضار نسبيًا في البيئة الطبيعية. وبمجرد أن يعلق الغبار في الهواء، فمن المرجح أن يبقى معلقًا حتى يلامس الماء على شكل مطر أو مسطح مائي. ثم يلتصق ويُجرف مع التيار ليستقر على شكل رواسب طينية في بحيرة هادئة أو بحر. وعندما تُعيد التغيرات الجيولوجية لاحقًا كشف هذه الرواسب للغلاف الجوي، قد تكون قد تماسكت معًا لتُصبح حجرًا طينيًا ، وهو نوع من الصخور. وللمقارنة، لا يوجد رياح ولا ماء على سطح القمر، ولذلك يحتوي سطحه على غبار ولكنه لا يحتوي على حجر طيني.

تميل قوى التماسك بين الجزيئات إلى مقاومة انتشارها في الهواء، كما أن حركة الرياح على السطح أقل قدرة على إثارة جزيئات الغبار المنخفضة مقارنةً بحبات الرمل الكبيرة التي ترتفع في اتجاه الريح. وتُعدّ الحركة الميكانيكية، كحركة المركبات أو الحفر أو مرور قطعان الحيوانات، أكثر فعالية من الرياح المستمرة في تحريك المسحوق.

تُستخدم الخصائص الديناميكية الهوائية للمساحيق غالبًا لنقلها في التطبيقات الصناعية. النقل الهوائي هو نقل المساحيق أو الحبيبات عبر أنبوب عن طريق نفخ الغاز. أما المفاعل ذو الطبقة المميعة بالغاز فهو عبارة عن وعاء مملوء بمسحوق أو مادة حبيبية يتم نفخها عن طريق نفخ الغاز لأعلى من خلاله. يُستخدم هذا المفاعل في الاحتراق في الطبقة المميعة ، حيث يتفاعل الغاز كيميائيًا مع المسحوق.

قد تكون بعض المساحيق أكثر غبارًا من غيرها. تُعرف قابلية المسحوق لتوليد جزيئات في الهواء عند تعرضه لطاقة معينة باسم " الغبارية ". وهي خاصية مهمة للمسحوق، وترتبط بتكوين الرذاذ. كما أن لها آثارًا على تعرض الإنسان للجزيئات المتطايرة والمخاطر الصحية المرتبطة بها (عن طريق ملامسة الجلد أو الاستنشاق) في أماكن العمل.

العديد من المساحيق الشائعة الاستخدام في الصناعة قابلة للاشتعال، وخاصة المعادن أو المواد العضوية كالدقيق . ونظرًا لكبر مساحة سطح هذه المساحيق، فإنها قد تحترق بقوة انفجارية عند اشتعالها. وقد تكون منشآت مثل مطاحن الدقيق عرضة لمثل هذه الانفجارات في حال عدم اتخاذ تدابير مناسبة للحد من الغبار.

تصبح بعض المعادن خطيرة بشكل خاص في شكل مسحوق، ولا سيما التيتانيوم والمغنيسيوم .

قد يتحول المعجون أو الهلام إلى مسحوق بعد تجفيفه تمامًا، ولكنه لا يُعتبر مسحوقًا وهو رطب لأنه لا ينساب بسهولة. أما مواد مثل الطين المجفف ، فرغم كونها مواد صلبة جافة تتكون من جزيئات دقيقة جدًا، إلا أنها لا تُعتبر مساحيق إلا بعد سحقها، وذلك لشدة التماسك بين حبيباتها، وبالتالي لا تنساب بسهولة كالمسحوق. يختلف انسياب السائل عن انسياب المسحوق، فالسائل لا يقاوم إجهاد القص، وبالتالي لا يمكنه البقاء بزاوية مائلة دون أن يتدفق (أي أن زاوية استقراره صفر) . أما المسحوق فهو مادة صلبة، وليس سائلًا، لأنه قد يتحمل إجهادات القص ، وبالتالي قد يُظهر زاوية استقرار.

• دوران، ج.، وريسينجر، أ.، الرمال والمساحيق والحبيبات: مقدمة في فيزياء المواد الحبيبية. نوفمبر 1999، سبرينغر-فيرلاغ نيويورك، نيويورك، ISBN 0-387-98656-1.
• رودس، م (محرر)، مبادئ تكنولوجيا المساحيق، جون وايلي وأولاده، 1997، رقم ISBN 0-471-92422-9
• فايد، م. إ.، أوتين ل. (محرر)، دليل علم وتكنولوجيا المساحيق، الطبعة الثانية، تشابمان وهول، رقم ISBN 0-412-99621-9
• باغنولد، ر. أ. ، فيزياء الرمال المتطايرة والكثبان الصحراوية ، الطبعة الأولى من سبرينغر، 1971، رقم ISBN 0-412-10270-6.
• أساسيات تكنولوجيا الجسيمات – كتاب مجاني