Возникающие в результате неполного горения древесины органические соединения в виде газов и паров смешиваются с воздухом и охлаждаются по мере удаления из зоны горения.
В процессе охлаждения часть паров органических соединений достигает состояния насыщения и конденсируется на мельчайших частичках (ядрах), образуя коптильный дым.
Полагают, что ядрами, или центрами, на которых конденсируются пары органических соединений, являются мельчайшие капельки смолистых веществ, находящихся в состоянии перенасыщения в первоначальной паро-газовой среде, или твердые частицы сажи.
Таким образом, дым представляет собою сложную многокомпонентную систему газо- и парообразных, жидких и некоторого количества твердых (например, частицы сажи) веществ.
Такие относительно устойчивые системы с газообразной средой и диспергированной в ней твердой или жидкой фазой в виде мельчайших частиц называют аэрозолями.
В древесном дыме дисперсионной средой является паро-газовая смесь, а дисперсной фазой — взвешенные частицы жидких и отчасти твердых продуктов горения.
Для копчения главное значение имеют пары органических соединений в дисперсионной среде и частицы жидких органических соединений, образующие дисперсную фазу.
Некоторые химические соединения, найденные в дисперсионной среде, обнаружены Симпсоном также и в дисперсной фазе. Фостер установил, что осажденные с помощью электрофильтра при напряжении 10 кв, практически нелетучи (после трех дней испарение этих веществ составило всего 0,02%).
При определенных условиях дисперсная фаза может содержать некоторое количество веществ, сконденсированных из дисперсионной среды. Как показали исследования, коллоидные частицы дыма состоят преимущественно из вязкой жидкости и имеют шарообразную форму.
Основная масса органических веществ дыма сконцентрирована в дисперсной фазе. Соотношение весовых концентраций веществ, содержащихся в дисперсионной среде и дисперсной фазе, зависит от способа образования дыма (тление опилок или горение древесины костром, получение дыма трением и т. д.), вида и состояния древесины (сухие дрова, влажные опилки, хвойная или лиственная порода деревьев).
Помимо частиц конденсационного происхождения, имеющих шарообразную форму, в коптильном дыме содержится небольшое количество подхваченных воздушным потоком мелких частиц золы; копоти (несгоревшего углерода), а также, возможно, и частиц тонко диспергированных смол типа фенолформальдегидных. Твердые частицы сажи представляют собой образования неопределенной формы и рыхлой структуры.
Структура коптильного дыма определяется многими факторами: условиями образования и охлаждения паров, степенью и скоростью разбавления их воздухом, видом древесины и т. д. Например, при быстром разбавлении дыма, образующегося при неполном сгорании древесины, в нем содержится больше частиц с малыми размерами; из хвойной древесины получается дым с большим содержанием частиц сажи. Количество разнообразных частиц, а также их размеры (степень дисперсности) имеет большое значение для характеристики физических свойств коптильного дыма.
Аэрозольные системы различаются по степени дисперсности (содержат частицы размером от 1 • 107 до 1 • 10-1 см). Степень дисперсности дыма принято выражать средним размером коллоидных частиц дисперсной фазы. Этот размер получают косвенным образом, например, исходя из весовой концентрации и числа частиц в единице объема, оптической плотности аэрозоля и т. п. По экспериментальным данным Фостера, средний радиус частиц коптильного дыма колеблется в пределах от 0,08 до 0,14 мк (0,8•10-5, 1,4•10-5 см), т. е. близок к пределу разрешающей способности микроскопа, однако исследователь обнаружил, что размеры значительной части коллоидных частиц были меньше предела разрешающей способности микроскопа, в связи с этим не представляется возможным точно установить распределение частиц коптильного дыма по размерам. Для сравнения укажем, что средний радиус частиц табачного дыма составляет 1,7• 10-5 см.
Средние размеры коллоидных частиц и степень полидисперсности дыма зависят от условий возникновения и охлаждения первоначальной паро-газовой среды. При быстром и значительном смещении ее с воздухом получается более однородный коптильный дым, в котором преобладают частицы радиусом около 0,1 мк.