OПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КОЛОЇДНИХ СИСТЕМ

Важливу роль відіграють дослідження оптичних властивостей дисперсних систем, що дозволили закласти основи їх класифікації, виявити природу колоїдних розчинів, визначити розміри і форми дисперсних частинок, розробити досконалі фізико-хімічні методи досліджень.

Оптичні властивості колоїдних систем визначаються взаємодією світла з частинками дисперсної фази. При проходженні світла через дисперсну систему воно може поглинатися, відбиватися або розсіюватися частинками.Наслідки впливу світла на дисперсні системи (інтерференція, дифракція, переломлення, поляризація, відбиття й ін.) визначаються законами геометричної оптики.

Відбивання світла поверхнею частинок можливе тільки в грубодисперсних системах (суспензіях, емульсіях). Розміри частинок таких систем значно більші, ніж довжина хвилі видимого світла.Відбивання світла проявляється в помутнінні дисперсних систем і спостерігається як в прямому світлі, так і при боковому освітленні.

Відбиття світла має місце, якщо довжина хвилі світла λ менша за радіус частинки r: λ < r, колір проміння при цьому не змінюється. Таке явище спостерігається, наприклад, при осіданні піску у воді, якщо на воду падають сонячні промені чи промені іншого джерела світла. Такі грубодисперсні системи каламутні і при стоянні розшаровуються.

Часткове поглинання світла відбувається, коли довжина хвилі значно більша за радіус частинок: λ >> r. Поглинання світла це явище вибіркове. Одні речовини постійно поглинають світло, інші поглинають лише промені певної частини спектру. Поглинання світла властиво будь-яким дисперсним системам.

Найбільш характерною оптичною властивістю для типових колоїдних систем є розсіювання світла в усіх напрямках.Частинки колоїдної дисперсності менші довжини півхвилі світла і тому розсіювання світла обумовлено не відбиванням світла від поверхні частинок, а його дифракцію. Розсіювання світла спостерігається, коли довжина хвилі світла сумірна з радіусами частинок дисперсної фази: λ ≥ r. Саме таке співвідношення виконується для колоїдних розчинів.

Якщо пучок світла падає на поверхню будь-якої частинки, лінійні розміри якої більші, ніж довжина хвилі падаючого на неї світла, то відбувається відбивання світла. При цьому частина світла може проникнути у середину частинки, зазнавати заломлення, внутрішнього відбивання і поглинання. Якщо частинки мають розміри, менші половини довжини хвилі падаючого світла, його відбивання від площини частинки в певних напрямках не відбувається, світло розсіюється за всіма напрямками, огинаючи частинки (явище дифракції).

На відміну від грубодисперсних суспензій, колоїдні розчини у світлі, що проходить через них, зовсім прозорі. Однак, якщо колоїдну систему спостерігати збоку, то можна помітити, що в освітленій частині розчин наче мутніє.

Розсіювання світла було досліджено Тиндалем (англ.). При проходженні світлового пучка через колоїдний розчин спостерігається конус, який світиться. Це явище одержало назву «конус Тиндаля», або ефект Тиндаля.

Рис.7. Ефект Тиндаля:

1 – джерело світла; 2 – діафрагма; 3 – оптична лінза; 4 – водний розчин NaCl; 5 – колоїдний розчин.

При освітленні колоїдного розчину яскравим світлом промінням шлях його видно при спостереженні збоку у вигляді конуса, що світиться.

При спостереженні за колоїдним розчином при боковому освітленні спостерігається голубувате світіння. Це світіння називається опалесценцією.

Опалесценція – дифракційне розсіювання світла в колоїдних системах, яке супроводжується зміною кольору.

Ця назва походить від мінералу опала молочно-голубуватої або жовтувато-білого забарвлення.

Якщо золь має забарвлення, його кольори в прямому і розсіяному світлі є різними. Таке явище називають дихроїзмом (від грецького слова – двобарвний).

В істинних розчинах, нехай навіть забарвлених, розсіювання світла не виявляється. Тому за допомогою явища Тиндаля можна легко відрізнити істинний розчин від колоїдного (рис.7).

Теоретичне обґрунтування світлорозсіювання дано Релей, який вивів рівняння:

Ip = 24 I_o ²

де Ір - інтенсивність світла, розсіяного одиницею об'єму Золя;

І₀ - інтенсивність падаючого світла;

n₁, n₂ - показники заломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища;

ν - часткова (або чисельна) концентрація, тобто число частинок в одиниці об'єму;

V - об'єм однієї частинки;

- довжина світлової хвилі.

Рівняння Релея застосовують для частинок, діаметр яких не перевищує 5∙10^-8м,тобто для частинок типово колоїдних розмірів.

Рівняння справедливо за умови, що:

- частки мають сферичну форму;

- частки не проводять електричний струм (є неметалічними);

- частки не поглинають світло (є безбарвними);

- колоїдний розчин розведений так, що відстань між частками більше довжини падаючого світла.

Згідно цього рівняння інтенсивність розсіяного світла збільшується із збільшенням різниці між показниками заломлення n₁і n₂ .З цього ж рівняння видно, що інтенсивність розсіювання світла обернено пропорційна 4 степені довжини хвилі. Якщо падаюче світло поліхроматичне (біле), то розсіяне світло повинно бути багатшим короткими хвилями, тобто при боковому освітлені безколірні колоїдні розчини мають синювате забарвлення.А в світлі, що проходить крізь них, вони здаються забарвленими в червоний колір. Таке забарвлення мають золі сірки, хлористого срібла, каніфолі та інші безбарвні колоїдні розчини.

Рис.8. Схема, що пояснює забарвлення атмосфери.

Розсіювання світла відбувається не тільки в рідких золях, хмарах і туманах. Розсіювання сонячних хвиль є і в атмосфері, що оточує Землю. Блакитне світло неба обумовлене розсіюванням світла дрібними краплями води в атмосфері. Червоне світло Сонця при сході і заході - це світло, що пройшло через атмосферу.

Відбувається воно на мікрочастинках пилу і диму, мікрокрапельках вологи завдяки флуктуації густини газів. Підвищеним розсіюванням короткохвильових променів в атмосфері пояснюється блакитний колір неба, а також червоний колір сонця, що сходить чи заходить (рис.8)

На інтенсивному розсіюванні промінь короткохвильової частини спектра засноване застосування ламп синього світла для світломаскування і червоного світла для сигналів небезпеки. Сині промені при проходженні через шар повітря, що містить частинки пилу, диму або туману, повністю розсіюються. Червоні ж промені розсіюються в значно меншій степені і червоний сигнал видно на великій відстані. У червоний або оранжевий колір забарвлюють рятувальні засоби, дорожні знаки тощо. Лампи для маскування - синього кольору, тому що сині промені при проходженні через шар атмосфери повністю розсіюються, особливо якщо в цьому шарі втримується пил і туман.

Нарешті ще один приклад. Вміст коротких ультрафіолетових променів високо в горах більший, ніж на рівні моря. Це суттєво впливає на фауну і флору.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ДИФУЗІЙНО-СЕДИМЕНТАЦІЙНА РІВНОВАГА	\|	ОПТИЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ КОЛОЇДНИХ СИСТЕМ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.01 сек.