Textul lucrării este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completă a lucrării este disponibilă în fila „Fișiere de locuri de muncă” în format PDF

Introducere

Fiecare dintre noi, în viața noastră de zi cu zi, s-a confruntat de mai multe ori și se confruntă cu fenomene obișnuite, pe de o parte, dar în același timp, uimitoare, pe de altă parte, fără să ne gândim deloc la ce fenomene fizice minunate avem de-a face.

În viitor, aș dori să-mi conectez viața cu o astfel de știință precum fizica, așa că sunt deja interesat de orice întrebări pe acest subiect și am ales unul dintre efectele optice ca subiect de cercetare.

Până în prezent, există lucrări dedicate efectelor optice, în special efectul Tyndall. Cu toate acestea, am decis să explorez acest subiect realizând un experiment pe propria mea experiență.

De ce observăm rezultate diferite când trecem lumină de diferite culori spectrale prin sticlă tulbure, aer fumuriu sau soluție de amidon? De ce ceață groasă sau norii cumuluși ni se par albi, iar ceața de la incendiile de pădure este violet-albăstruie. Să încercăm să explicăm aceste fenomene.

Obiectivul proiectului:

detecta coloizii folosind efectul Tyndall;

să studieze influența factorilor care determină trecerea unui fascicul de lumină printr-o soluție coloidală.

Obiectivele cercetării:

studiul influenței lungimii de undă asupra implementării efectului Tyndall;

studiul influenței dimensiunii particulelor asupra implementării efectului Tyndall;

studiul influenței concentrației particulelor asupra implementării efectului Tyndall;

caută informații suplimentare despre efectul Tyndall;

generalizarea cunoștințelor dobândite.

Efectul Tyndall

Refracția luminii, reflexia, dispersia, interferența, difracția și multe altele: efectele optice sunt peste tot în jurul nostru. Unul dintre ele este efectul Tyndall, descoperit de fizicianul englez John Tyndall.

John Tyndall este geodeză, membru al lui Faraday, director al Royal Institution din Londra, glaciolog și optician, acustician și specialist în magnetism. Numele său și-a dat numele unui crater de pe Lună, unui ghețar din Chile și un efect optic interesant.

Efectul Tyndall este strălucirea unui mediu optic neomogen datorită împrăștierii luminii care trece prin acesta. Acest fenomen se datorează difracției luminii asupra particulelor individuale sau elementelor neomogenității mediului, a căror dimensiune este mult mai mică decât lungimea de undă a luminii împrăștiate.

Ce este un mediu eterogen? Un mediu neomogen este un mediu caracterizat printr-o modificare a indicelui de refracție. Acestea. n ≠ const.

Care este caracteristica acestui efect? Efectul Tyndall este caracteristic sistemelor coloidale (sisteme în care o substanță sub formă de particule de diferite dimensiuni este distribuită într-o alta. De exemplu, hidrosoli, fum de tutun, ceață, gel etc.) cu o concentrație scăzută de particule având o indicele de refracție diferit de acela de refracție a mediului. Se observă de obicei ca un con de lumină pe un fundal întunecat (conul lui Tyndall) atunci când un fascicul de lumină focalizat este trecut din lateral printr-un vas de sticlă cu pereți plani-paraleli umpluți cu o soluție coloidală. (Soluțiile de coloizi sunt sisteme cu două faze foarte dispersate, constând dintr-un mediu de dispersie și o fază dispersată, dimensiunile particulelor liniare ale acesteia din urmă variind de la 1 la 100 nm).

Efectul Tyndall este în esență același cu opalescența (o creștere bruscă a împrăștierii luminii). Dar, în mod tradițional, primul termen se referă la împrăștierea intensă a luminii într-un spațiu limitat de-a lungul traseului fasciculului, iar al doilea termen se referă la împrăștierea slabă a luminii de către întregul volum al obiectului observat.

Lucrări experimentale

Folosind o tehnică simplă, vom vedea cum efectul Tyndall poate fi folosit pentru a detecta sistemele coloidale din lichide.

Materiale: 2 recipiente de sticlă cu capac, sursă de lumină direcțională (ex. indicator laser), sare de masă, soluție de surfactant (de exemplu detergent lichid), 1 ou de găină, soluție diluată de acid clorhidric.

Efectuarea unui experiment:

Turnați apă într-un recipient de sticlă, dizolvați complet puțină sare de masă în el.

Iluminăm partea laterală a sticlei cu soluția rezultată cu un fascicul îngust de lumină (rascicul indicator laser). Deoarece sarea s-a dizolvat complet, nu se observă niciun efect vizibil.

Experimentați cu material biologic:

Se dizolvă proteina din pui în aproximativ 300 ml de soluție de sare 1%.

Iluminăm soluția rezultată cu un fascicul îngust de lumină. Dacă priviți geamul din lateral, o bandă luminoasă strălucitoare este vizibilă pe calea fasciculului - aspectul efectului Tyndall.

Apoi adăugați o soluție diluată de acid clorhidric la soluția de proteine. Proteina se va coagula (denatura) pentru a forma un precipitat albicios. În partea de sus a sticlei, fasciculul de lumină nu va mai fi vizibil.

Rezultatele experimentului: Dacă direcționați un fascicul de lumină din lateral către un pahar de sticlă cu o soluție de sare, fasciculul va fi invizibil în soluție. Dacă un fascicul de lumină este trecut printr-un pahar care conține o soluție coloidală (soluție de surfactant), acesta va fi vizibil deoarece lumina este împrăștiată de particulele coloidale.

Influența lungimii de undă, a dimensiunii particulelor și a concentrației asupra realizării efectului Tyndall

Lungime de undă. Deoarece lungimile de undă albastre au cea mai scurtă lungime din spectrul vizibil, aceste lungimi de undă sunt reflectate de particule în timpul efectului Tyndall, iar cele mai lungi roșii se împrăștie mai rău.

Dimensiunea particulelor. Dacă dimensiunea particulelor crește, atunci acestea pot afecta împrăștierea luminii de orice lungime de undă, iar curcubeul „divizat” se pliază înapoi, obținând lumină complet albă.

Concentrația particulelor. Intensitatea luminii împrăștiate este direct proporțională cu concentrația de particule din soluția coloidală.

Aplicarea efectului Tyndall

Pe baza efectului Tyndall, metodele pentru detectarea, determinarea dimensiunii și concentrației particulelor coloidale sunt utilizate pe scară largă în cercetarea științifică și practica industrială (de exemplu, în ultramicroscoape).

Un ultramicroscop este un instrument optic pentru detectarea celor mai mici particule (coloidale) ale căror dimensiuni sunt mai mici decât limita de rezoluție a microscoapelor ușoare convenționale. Posibilitatea de a detecta astfel de particule folosind un ultramicroscop se datorează difracției luminii asupra lor prin efectul Tyndall. Cu iluminare laterală puternică, fiecare particulă din ultramicroscop este marcată de observator ca un punct luminos (punct de difracție luminoasă) pe un fundal întunecat. Datorită difracției pe cele mai mici particule, există foarte puțină lumină, prin urmare, de regulă, sursele de lumină puternice sunt utilizate într-un ultramicroscop.

În funcție de intensitatea iluminării, lungimea de undă a luminii, diferența dintre indicii de refracție ai particulei și mediu, pot fi detectate particule cu dimensiuni cuprinse între 20-50 nm și 1-5 μm. Este imposibil să se determine dimensiunea, forma și structura adevărată a particulelor din punctele de difracție. Ultramicroscopul nu oferă imagini optice ale obiectelor studiate. Cu toate acestea, folosind un ultramicroscop, se poate determina prezența și concentrația numărului de particule, se poate studia mișcarea acestora și, de asemenea, se poate calcula dimensiunea medie a particulelor dacă sunt cunoscute concentrația și densitatea lor în greutate.

Ultramicroscoapele sunt folosite în studiul sistemelor dispersate, pentru a controla puritatea aerului atmosferic. Apa, gradul de contaminare a mediilor transparente optic cu incluziuni străine.

Concluzie

În timpul cercetărilor mele, am învățat multe despre efectele optice, în special despre efectul Tyndall. Această lucrare m-a ajutat să arunc o privire nouă asupra unor ramuri ale fizicii și asupra lumii noastre minunate în general.

Pe lângă aspectele luate în considerare în această lucrare, în opinia mea, ar fi interesant de explorat posibilitățile unei aplicări practice mai largi a efectului Tyndall.

În ceea ce privește scopul studiului, acesta poate fi util și interesant pentru elevii de școală pasionați de optică, precum și pentru toți cei interesați de fizică și diferite tipuri de experimente.

Bibliografie

Gavronskaya Yu.Yu. Chimia coloidului: manual. Sankt Petersburg: Editura Universității Pedagogice de Stat Ruse im. A. I. Herzen, 2007. - 267 p.

Noul Dicționar Politehnic.- M.: Marea Enciclopedie Rusă, 2000. - .20 p. , 231 p. , 460 p.

Ghid pentru efectuarea experimentelor pentru „NanoSchoolBox”. NanoBioNet e.V/Scince Park Traducere de INT.

https://indicator.ru/article/2016/12/04/istoriya-nauki-chelovek-rasseyanie.

http://kf.info.urfu.ru/fileadmin/user_upload/site_62_6389/pdf/FiHNS_proceedings.pdf

http://www.ngpedia.ru/id623274p1.html

PROPRIETĂȚI ELECTROCINETICE ALE COLLOIZILOR

Fenomenele electrocinetice sunt împărțite în două grupe: directe și inverse. Cele directe includ acele fenomene electrocinetice care apar sub acțiunea unui câmp electric extern (electroforeza și electroosmoza). Reversul se numește fenomene electrocinetice, în care, în timpul mișcării mecanice a unei faze față de alta, ia naștere un potențial electric (potențialul de curgere și potențialul de sedimentare).

Electroforeza și electroosmoza au fost descoperite de F. Reiss (1808). El a descoperit că, dacă două tuburi de sticlă sunt scufundate în argilă umedă, umplute cu apă și sunt plasați electrozi în ele, atunci când trece un curent continuu, particulele de argilă se deplasează către unul dintre electrozi.

Acest fenomen de mișcare a particulelor din faza dispersată într-un câmp electric constant a fost numit electroforeză.

Într-un alt experiment, partea de mijloc a unui tub în formă de U care conținea apă a fost umplută cu cuarț zdrobit, a fost plasat un electrod în fiecare cot al tubului și a fost trecut un curent continuu. După ceva timp, în genunchi, unde a fost localizat electrodul negativ, a fost observată o creștere a nivelului apei, în celălalt - o scădere. După oprirea curentului electric, nivelurile apei din coturile tubului au fost egalizate.

Acest fenomen de mișcare a unui mediu de dispersie față de o fază dispersă staționară într-un câmp electric constant se numește electroosmoză.

Mai târziu, Quincke (1859) a descoperit un fenomen invers electroosmozei, numit potențial de percolare. Constă în faptul că atunci când un fluid curge sub presiune printr-o diafragmă poroasă, apare o diferență de potențial. Argila, nisipul, lemnul și grafitul au fost testate ca materiale pentru diafragmă.

Fenomenul, inversul electroforezei și numit potențial de sedimentare, a fost descoperit de Dorn (1878). Când particulele suspensiei de cuarț s-au așezat sub acțiunea gravitației, a apărut o diferență de potențial între nivelurile de diferite înălțimi din vas.

Toate fenomenele electrocinetice se bazează pe prezența unui dublu strat electric la limita fazelor solide și lichide.

http://junk.wen.ru/o_6de5f3db9bd506fc.html

18. Proprietăţi optice speciale ale soluţiilor coloidale datorită caracteristicilor lor principale: dispersie și eterogenitate. Proprietățile optice ale sistemelor dispersate sunt în mare măsură afectate de dimensiunea și forma particulelor. Trecerea luminii printr-o soluție coloidală este însoțită de fenomene precum absorbția, reflexia, refracția și împrăștierea luminii. Predominanța oricăruia dintre aceste fenomene este determinată de raportul dintre dimensiunea particulelor fazei dispersate și lungimea de undă a luminii incidente. ÎN sisteme grosiere se observă în principal reflectarea luminii de la suprafața particulelor. ÎN soluții coloidale dimensiunile particulelor sunt comparabile cu lungimea de undă a luminii vizibile, ceea ce determină împrăștierea luminii datorită difracției undelor luminoase.

Difuzarea luminii în soluții coloidale se manifestă sub formă opalescență– o strălucire mată (de obicei de nuanțe albăstrui), care este clar vizibilă pe un fundal întunecat cu iluminare laterală a solului. Cauza opalescenței este împrăștierea luminii pe particulele coloidale din cauza difracției. Opalescența este asociată cu un fenomen caracteristic sistemelor coloidale - Efectul Tyndall: când un fascicul de lumină este trecut printr-o soluție coloidală din direcții perpendiculare pe fascicul, se observă formarea unui con luminos în soluție.

Efectul Tyndall, împrăștierea Tyndall este un efect optic, împrăștierea luminii atunci când un fascicul de lumină trece printr-un mediu optic neomogen. Este de obicei observat ca un con luminos (conul lui Tyndall) vizibil pe un fundal întunecat.

Este tipic pentru soluțiile sistemelor coloidale (de exemplu, solurile metalice, latexurile diluate, fumul de tutun), în care particulele și mediul lor diferă ca indice de refracție. Un număr de metode optice pentru determinarea dimensiunii, formei și concentrației particulelor coloidale și macromoleculelor se bazează pe efectul Tyndall. .

19. Zoli - sunt substante slab solubile (saruri de calciu, magneziu, colesterol etc.) existente sub forma de solutii coloidale liofobe.

Un fluid newtonian este un fluid vâscos care respectă legea lui Newton a frecării vâscoase în curgerea sa, adică stresul tangenţial şi gradientul de viteză într-un astfel de fluid sunt dependente liniar. Factorul de proporționalitate dintre aceste cantități este cunoscut sub numele de vâscozitate.

Fluidul newtonian continuă să curgă chiar dacă forțele externe sunt foarte mici, atâta timp cât nu sunt strict zero. Pentru un fluid newtonian, vâscozitatea, prin definiție, depinde numai de temperatură și presiune (și, de asemenea, de compoziția chimică dacă fluidul nu este pur) și nu depinde de forțele care acționează asupra acestuia. Un fluid newtonian tipic este apa.

Un fluid non-newtonian este un fluid în care vâscozitatea sa depinde de gradientul de viteză. De obicei, astfel de lichide sunt foarte neomogene și constau din molecule mari care formează structuri spațiale complexe.

Cel mai simplu exemplu ilustrativ de uz casnic este un amestec de amidon cu o cantitate mică de apă. Cu cât impactul extern asupra macromoleculelor de lianți suspendate în lichid este mai rapid, cu atât vascozitatea acestuia este mai mare.

***Un măr a căzut peste Newton, chinezii au admirat picăturile de pe florile de lotus, iar John Tyndall, mergând probabil prin pădure, a observat un con de lumină. Basm? Pot fi. Dar în onoarea ultimului erou este numit unul dintre cele mai frumoase efecte ale lumii noastre - efectul Tyndall....***

Difuzarea luminii este una dintre caracteristicile generale ale sistemelor foarte dispersate.

Sub iluminarea laterală a unui sistem dispers, se observă o strălucire irizată caracteristică, de regulă, albăstruie, care este vizibilă în mod deosebit pe un fundal întunecat.

Această proprietate, asociată cu împrăștierea luminii de către particulele fazei dispersate, se numește opalescență, de la numele de opal - opalus (lat.), Un mineral translucid de culoare albăstruie sau alb-gălbuie. În 1868, el a descoperit că atunci când o soluție coloidală este iluminată din lateral cu un fascicul de lumină dintr-o sursă puternică, se observă un con luminos uniform și luminos - con Tyndall, sau Efectul Tyndall, în timp ce în cazul unei soluții cu greutate moleculară mică, lichidul pare a fi optic gol, adică. urma fasciculului este invizibilă.

în stânga - soluție de amidon 1%, în dreapta - apă.

Efectul Tyndall apare în timpul împrăștierii particulelor în suspensie, a căror dimensiune depășește de zeci de ori dimensiunea atomilor. Când particulele de suspensie sunt mărite la dimensiuni de ordinul a 1/20 din lungimea de undă a luminii (de la aproximativ 25 nm și mai sus), împrăștierea devine policromatică, adică lumina începe să se împrăștie uniform pe întreaga gamă vizibilă de culori. de la violet la roșu. Ca urmare, efectul Tyndall dispare. De aceea, ceața densă sau norii cumulus ni se par albi - ei constau într-o suspensie densă de praf de apă cu diametre ale particulelor de la microni la milimetri, care este cu mult peste pragul de împrăștiere Tyndall.
Ai putea crede că cerul ne pare albastru din cauza efectului Tyndall, dar nu este. În absența norilor sau a fumului, cerul devine albastru-albastru din cauza împrăștierii „luminii zilei” pe moleculele de aer. Acest tip de împrăștiere se numește împrăștiere Rayleigh (după Sir Rayleigh). Imprăștirea Rayleigh împrăștie lumina albastră și cyan chiar mai mult decât efectul Tyndall: de exemplu, lumina albastră cu o lungime de undă de 400 nm împrăștie în aer curat de nouă ori mai puternic decât lumina roșie cu o lungime de undă de 700 nm. Acesta este motivul pentru care cerul ni se pare albastru - lumina soarelui se împrăștie pe întregul interval spectral, dar în partea albastră a spectrului este aproape cu un ordin de mărime mai puternic decât în ​​roșu. Razele ultraviolete care provoacă arsuri solare sunt și mai împrăștiate. De aceea bronzul este distribuit destul de uniform pe corp, acoperind chiar si acele zone ale pielii care nu sunt expuse la lumina directa a soarelui.

Gherasimenko Evgenia

Această prezentare este dedicată descrierii efectului Tyndall și aplicării sale practice.

Descarca:

Previzualizare:

Pentru a utiliza previzualizarea prezentărilor, creați un cont Google (cont) și conectați-vă: https://accounts.google.com

Subtitrările slide-urilor:

Completat de: elevă de clasa a 11-a „B” Evgenia Gerasimenko Verificat de: profesoară de chimie Yurkina T.I. Efectul tyndall anul universitar 2012/2013

John Tyndall, fizician și inginer irlandez. Născut în Lylin Bridge, County Carlow. După absolvirea liceului, a lucrat ca topograf-topograf în organizații militare și în construcția de căi ferate. În același timp, a absolvit Institutul Mecanic din Preston. Demis din serviciul de geodezică militară pentru protest împotriva condițiilor proaste de muncă. A predat la Queenwood College (Hampshire), în timp ce își continua autoeducația. În 1848–51 a ascultat prelegeri la universitățile din Marburg și Berlin. Întors în Anglia, a devenit profesor, iar apoi profesor la Institutul Regal din Londra. Principalele lucrări ale omului de știință sunt dedicate magnetismului, acusticii, absorbției radiațiilor termice de către gaze și vapori, împrăștierii luminii în medii tulburi. A studiat structura și mișcarea ghețarilor din Alpi. Tyndall era extrem de pasionat de ideea de a populariza știința. A ținut în mod regulat prelegeri publice, adesea sub formă de prelegeri gratuite pentru toată lumea: pentru muncitorii din curțile fabricii la ora prânzului, prelegeri de Crăciun pentru copii la Institutul Regal. Faima lui Tyndall ca popularizator a ajuns și de cealaltă parte a Atlanticului - întregul tiraj al ediției americane a cărții sale Fragments of Science s-a epuizat într-o singură zi. A murit de o moarte absurdă în 1893: în timp ce pregătea cina, soția omului de știință (care i-a supraviețuit cu 47 de ani) a folosit din greșeală unul dintre reactivii chimici depozitați în bucătărie în loc de sare de masă.

Descriere Efect Tyndall - strălucirea unui mediu optic neomogen datorită împrăștierii luminii care trece prin acesta. Este cauzată de difracția luminii pe particule sau elemente individuale ale neomogenității structurale a mediului, a căror dimensiune este mult mai mică decât lungimea de undă a luminii împrăștiate. Este tipic pentru sistemele coloidale (de exemplu, hidrosoli, fum de tutun) cu o concentrație scăzută de particule din faza dispersată, care au un indice de refracție diferit de indicele de refracție al mediului de dispersie. Este de obicei observat ca un con de lumină pe un fundal întunecat (conul lui Tyndall) atunci când un fascicul de lumină focalizat este trecut din lateral printr-o celulă de sticlă cu pereți plan-paraleli umpluți cu o soluție coloidală. Componenta de undă scurtă a luminii albe (nemonocromatice) este împrăștiată de particule coloidale mai puternice decât componenta de undă lungă, prin urmare conul Tyndall format de aceasta în cenușă neabsorbantă are o nuanță albastră. Efectul Tyndall este în esență același cu opalescența. Dar, în mod tradițional, primul termen se referă la împrăștierea intensă a luminii într-un spațiu limitat de-a lungul traseului fasciculului, iar al doilea termen se referă la împrăștierea slabă a luminii de către întregul volum al obiectului observat.

Efectul Tyndall este perceput de ochiul liber ca o strălucire uniformă a unei părți din volumul sistemului de difuzare a luminii. Lumina provine din puncte individuale - puncte de difracție, bine distinse la microscop optic cu iluminare suficient de puternică a solului diluat. Intensitatea luminii împrăștiate într-o direcție dată (la parametrii constanți ai luminii incidente) depinde de numărul de particule de împrăștiere și de dimensiunea acestora.

Timp Timp de inițiere (log la -12 la -6); Durata de viață (log tc -12 până la 15); Timp de degradare (log td -12 la -6); Timp de dezvoltare optim (log tk -9 la -7). Implementarea tehnică a efectului Efectul poate fi observat cu ușurință atunci când un fascicul laser cu heliu-neon este trecut printr-o soluție coloidală (pur și simplu jeleu de amidon necolorat). Diagramă

Aplicarea efectului Pe baza efectului Tyndall, metodele de detectare, determinare a dimensiunii și concentrației particulelor coloidale (ultramicroscopie, nefelometrie sunt utilizate pe scară largă în cercetarea științifică și practica industrială).

Exemplu. Ultramicroscop. Un ultramicroscop este un instrument optic pentru detectarea celor mai mici particule (coloidale) ale căror dimensiuni sunt mai mici decât limita de rezoluție a microscoapelor ușoare convenționale. Posibilitatea de a detecta astfel de particule folosind un ultramicroscop se datorează difracției luminii asupra lor prin efectul Tyndall. Cu iluminare laterală puternică, fiecare particulă din ultramicroscop este marcată de observator ca un punct luminos (punct de difracție luminoasă) pe un fundal întunecat. Datorită difracției pe cele mai mici particule, există foarte puțină lumină, prin urmare, de regulă, sursele de lumină puternice sunt utilizate într-un ultramicroscop. În funcție de intensitatea iluminării, lungimea de undă a luminii, diferența dintre indicii de refracție ai particulei și mediu, pot fi detectate particule cu dimensiuni cuprinse între 20-50 nm și 1-5 μm. Este imposibil să se determine dimensiunea, forma și structura adevărată a particulelor din punctele de difracție. Ultramicroscopul nu oferă imagini optice ale obiectelor studiate. Cu toate acestea, folosind un ultramicroscop, se poate determina prezența și concentrația numărului de particule, se poate studia mișcarea acestora și, de asemenea, se poate calcula dimensiunea medie a particulelor dacă sunt cunoscute concentrația și densitatea lor în greutate. În schema unui ultramicroscop cu fantă (Fig. 1a), sistemul studiat este imobil.

În schema unui ultramicroscop cu fantă, sistemul studiat este nemișcat. Schema schematică a unui microscop cu fantă. Cuva 5 cu obiectul studiat este iluminată de o sursă de lumină 1 (2 - condensator, 4 - lentilă de iluminare) printr-o fantă dreptunghiulară îngustă 3, a cărei imagine este proiectată în zona de observare. În ocularul microscopului de observație 6, sunt vizibile puncte luminoase ale particulelor situate în planul imaginii al fantei. Deasupra și dedesubtul zonei iluminate, prezența particulelor nu este detectată.

Într-un ultramicroscop cu flux, particulele studiate se deplasează de-a lungul tubului spre ochiul observatorului. Schema schematică a unui microscop cu flux Traversând zona de iluminare, acestea sunt înregistrate ca blițuri strălucitoare vizual sau folosind un dispozitiv fotometric. Prin ajustarea luminozității iluminării particulelor observate de către pană fotometrică mobilă 7, este posibilă selectarea pentru înregistrare a particulelor a căror dimensiune depășește o limită predeterminată. Folosind un ultramicroscop modern în linie cu o sursă de lumină laser și un sistem optoelectronic de detectare a particulelor, concentrația particulelor în aerosoli este determinată în intervalul de la 1 la 109 particule pe 1 cm3 și se găsesc și funcțiile de distribuție a dimensiunii particulelor. Ultramicroscoapele sunt folosite în studiul sistemelor dispersate, pentru a controla puritatea aerului atmosferic. Apa, gradul de contaminare a mediilor transparente optic cu incluziuni străine.

Literatura folosita 1. Fizica. Marele Dicționar Enciclopedic.- M.: Big Russian Encyclopedia, 1999.- P.90, 460. 2. Noul Dicționar Politehnic.- M.: Big Russian Encyclopedia, 2000.- P.20, 231, 460. Cuvinte cheie strălucire optică mediu bifazic neomogen împrăștierea luminii mediu dispersat

În ceea ce privește proprietățile optice, soluțiile coloidale diferă semnificativ de soluțiile adevărate ale substanțelor cu greutate moleculară mică, precum și de sistemele dispersate grosier. Cele mai caracteristice proprietăți optice ale sistemelor dispersate în coloizi sunt opalescența, efectul Faraday-Tyndall și culoarea. Toate aceste fenomene se datorează împrăștierii și absorbției luminii de către particulele coloidale.

În funcție de lungimea de undă a luminii vizibile și de dimensiunile relative ale particulelor din faza dispersată, împrăștierea luminii capătă un caracter diferit. Dacă dimensiunea particulelor depășește lungimea de undă a luminii, atunci lumina este reflectată de ele conform legilor opticii geometrice. În acest caz, o parte din radiația luminoasă poate pătrunde în interiorul particulelor, poate experimenta refracție, reflexie internă și poate fi absorbită.

Dacă dimensiunea particulei este mai mică decât jumătatea lungimii de undă a luminii incidente, se observă împrăștierea difractivă a luminii; lumina, parcă, ocolește (învăluie) particulele întâlnite pe drum. În acest caz, împrăștierea parțială are loc sub formă de unde divergente în toate direcțiile. Ca rezultat al împrăștierii luminii, fiecare particulă este o sursă de unde noi, mai puțin intense, adică este ca și cum ar avea loc autoluminiscența fiecărei particule. Fenomenul de împrăștiere a luminii de către particule minuscule se numește opalescență. Este caracteristic în principal solurilor (lichide și solide), se observă numai în lumină reflectată, adică din lateral sau pe un fundal întunecat. Acest fenomen se exprimă prin apariția unei oarecare turbidități a solului și în schimbarea („revărsări”) a culorii acestuia față de culoarea în lumina transmisă. Colorarea în lumină reflectată, de regulă, este deplasată către frecvența mai mare a părții vizibile a spectrului. Deci, solurile albe (sol de clorură de argint, colofoniu etc.) opalescente cu o culoare albăstruie.

Efect Faraday-Tyndall. Difracția împrăștierii luminii a fost observată pentru prima dată de M. V. Lomonosov. Mai târziu, în 1857, acest fenomen a fost observat de Faraday în solurile de aur. Fenomenul de difracție (opalescență) pentru mediile lichide și gazoase a fost studiat în cele mai multe detalii de Tyndall (1868).

Dacă luați un pahar cu o soluție de clorură de sodiu, iar celălalt cu un hidrosol de albuș de ou, este dificil de stabilit unde este soluția coloidală și unde este cea adevărată, deoarece ambele lichide arată incolore și transparente (Fig. 6.5) . Cu toate acestea, aceste soluții pot fi ușor distinse făcând următorul experiment. Sa punem pe o sursa de lumina (lampa de masa) o carcasa opaca cu gaura, in fata careia, pentru a obtine un fascicul de lumina mai ingust si mai stralucitor, punem o lentila. Dacă ambele pahare sunt plasate în calea fasciculului de lumină, vom vedea o cale luminoasă (con) în paharul cu sol, în timp ce fasciculul este aproape invizibil în sticla cu clorură de sodiu. După numele oamenilor de știință care au observat pentru prima dată acest fenomen, un con luminos într-un lichid a fost numit con (sau efect) Faraday-Tyndall. Acest efect este caracteristic tuturor soluțiilor coloidale.

Apariția conului Faraday-Tyndall se explică prin fenomenul de împrăștiere a luminii prin particule coloidale cu dimensiunea de 0,1-0,001 microni.

Lungimea de undă a părții vizibile a spectrului este de 0,76-0,38 microni, astfel încât fiecare particulă coloidală împrăștie lumina care cade pe ea. Este vizibil în conul Faraday-Tyndall atunci când linia de vedere este îndreptată într-un unghi față de fasciculul care trece prin sol. Astfel, efectul Faraday-Tyndall este un fenomen identic cu opalescența și diferă de aceasta din urmă doar sub forma unei stări coloidale, adică microeterogeneitatea sistemului.

Teoria împrăștierii luminii prin sisteme dispersate coloidale a fost dezvoltată de Rayleigh în 1871. Stabilește dependența intensității (cantității de energie) a luminii împrăștiate (I) în timpul opalescenței și în conul Faraday-Tyndall de factorii externi și interni. Matematic, această dependență este exprimată sub forma unei formule numită formula Rayleigh:

6.1

unde I este intensitatea luminii împrăștiate în direcția perpendiculară pe fasciculul de lumină incidentă; K este o constantă în funcție de indicii de refracție ai mediului de dispersie și fazei dispersate; n este numărul de particule per unitate de volum a solului; λ este lungimea de undă a luminii incidente; V este volumul fiecărei particule.

Din formula (6.1) rezultă că împrăștierea luminii (I) este proporțională cu concentrația de particule, pătratul volumului particulei (sau pentru particulele sferice - a șasea putere a razei lor) și invers proporțională cu a patra. puterea lungimii de undă a luminii incidente. Astfel, împrăștierea undelor scurte are loc relativ mai intens. Prin urmare, solurile incolore apar roșiatice în lumina transmisă și albastre în lumina difuză.

Colorarea soluțiilor coloidale. Ca rezultat al absorbției selective a luminii (absorbția) în combinație cu difracția, se formează una sau alta culoare a soluției coloidale. Experiența arată că majoritatea soluțiilor coloidale (în special metalice) sunt viu colorate într-o mare varietate de culori, variind de la alb la complet negru, cu toate nuanțele spectrului de culori. Deci, As 2 S 3 solii sunt galben strălucitor, Sb 2 S 3 - portocaliu, Fe (OH) 3 - maro roșcat, auriu - roșu strălucitor etc.

Același sol are o culoare diferită, în funcție de faptul că este văzut în lumină transmisă sau reflectată. Solurile din aceeași substanță, în funcție de metoda de preparare, pot dobândi o culoare diferită - fenomenul de policromie (multicolor). Culoarea solurilor în acest caz depinde de gradul de dispersie al particulelor. Astfel, solurile de aur dispersate grosier au o culoare albastră, un grad mai mare de dispersie - violet și foarte dispersat - roșu aprins. Este interesant de observat că culoarea metalului în stare nedispersată nu are nimic de-a face cu culoarea sa în stare coloidală.

Trebuie remarcat faptul că intensitatea culorii solurilor este de zeci (sau chiar de sute) de ori mai mare decât cea a soluțiilor moleculare. Astfel, culoarea galbenă a solului de As 2 S 3 într-un strat de 1 cm grosime este clar vizibilă la o concentrație de masă de 10 -3 g/l, iar culoarea roșie a solului de aur este vizibilă chiar și la o concentrație de 10 - 5 g/l.

Culoarea frumoasă și strălucitoare a multor pietre prețioase și semiprețioase (rubine, smaralde, topaze, safire) se datorează conținutului lor de cantități neglijabile (nedetectabile nici măcar la cea mai bună balanță analitică) de impurități de metale grele și oxizi ai acestora, care sunt în o stare coloidală. Deci, pentru a obține artificial sticlă rubin strălucitoare folosită pentru automobile, biciclete și alte lămpi, este suficient să adăugați doar 0,1 kg de aur coloidal la 1000 kg de masă de sticlă.