Text práce je umiestnený bez obrázkov a vzorcov.
Plná verzia práce je dostupná v záložke „Súbory úloh“ vo formáte PDF
Každý z nás sa v bežnom živote neraz stretol a stretáva s obyčajnými, na jednej strane, no zároveň úžasnými javmi na strane druhej, pričom sa vôbec nezamýšľa nad tým, s akými úžasnými fyzikálnymi javmi máme dočinenia.
V budúcnosti by som chcel spojiť svoj život s takou vedou ako je fyzika, preto ma už teraz zaujímajú akékoľvek otázky na túto tému a ako tému svojho výskumu som si vybral jeden z optických efektov.
K dnešnému dňu existujú diela venované optickým efektom, najmä Tyndallovmu efektu. Rozhodol som sa však preskúmať túto tému vykonaním experimentu na vlastnej skúsenosti.
Prečo pozorujeme rozdielne výsledky, keď prechádzame svetlom rôznych spektrálnych farieb cez zakalené sklo, zadymený vzduch alebo roztok škrobu? Prečo sa nám hustá hmla alebo kupovité oblaky zdajú biele a opar z lesných požiarov je modrofialový. Pokúsme sa tieto javy vysvetliť.
Cieľ projektu:
detekovať koloidy pomocou Tyndallovho efektu;
študovať vplyv faktorov, ktoré určujú prechod svetelného lúča cez koloidný roztok.
Ciele výskumu:
štúdium vplyvu vlnovej dĺžky na realizáciu Tyndallovho efektu;
štúdium vplyvu veľkosti častíc na realizáciu Tyndallovho efektu;
štúdium vplyvu koncentrácie častíc na realizáciu Tyndallovho efektu;
vyhľadať ďalšie informácie o Tyndallovom efekte;
zovšeobecnenie získaných poznatkov.
Tyndallov efekt
Lom svetla, odraz, disperzia, interferencia, difrakcia a ďalšie: optické efekty sú všade okolo nás. Jedným z nich je Tyndallov efekt, ktorý objavil anglický fyzik John Tyndall.
John Tyndall je geodet, Faradayov člen, riaditeľ Kráľovského inštitútu v Londýne, glaciológ a optik, akustik a špecialista na magnetizmus. Jeho priezvisko dalo meno kráteru na Mesiaci, ľadovcu v Čile a zaujímavému optickému efektu.
Tyndallov efekt je žiara opticky nehomogénneho média v dôsledku rozptylu svetla, ktoré ním prechádza. Tento jav je spôsobený difrakciou svetla na jednotlivých časticiach alebo prvkoch nehomogenity prostredia, ktorých veľkosť je oveľa menšia ako vlnová dĺžka rozptýleného svetla.
Čo je to heterogénne prostredie? Nehomogénne médium je médium charakterizované zmenou indexu lomu. Tie. n ≠ konšt.
Čo je charakteristické pre tento efekt? Tyndallov efekt je typický pre koloidné systémy (systémy, v ktorých je jedna látka vo forme častíc rôznej veľkosti distribuovaná v inej. Napríklad hydrosóly, tabakový dym, hmla, gél a pod.) s nízkou koncentráciou častíc majúcich napr. index lomu odlišný od indexu lomu média. Zvyčajne sa pozoruje ako svetelný kužeľ na tmavom pozadí (Tyndallov kužeľ), keď zaostrený svetelný lúč prechádza zboku cez sklenenú nádobu s planparalelnými stenami naplnenou koloidným roztokom. (Koloidné roztoky sú vysoko disperzné dvojfázové systémy pozostávajúce z disperzného média a disperznej fázy, pričom lineárne veľkosti častíc dispergovanej fázy sa pohybujú od 1 do 100 nm).
Tyndallov efekt je v podstate rovnaký ako opalescencia (prudký nárast rozptylu svetla). Tradične však prvý termín označuje intenzívny rozptyl svetla v obmedzenom priestore pozdĺž dráhy lúča a druhý termín označuje slabý rozptyl svetla celým objemom pozorovaného objektu.
Experimentálna práca
Pomocou jednoduchej techniky uvidíme, ako sa dá Tyndallov jav použiť na detekciu koloidných systémov v kvapalinách.
Materiály: 2 sklenené nádoby s vrchnákom, smerový zdroj svetla (napr. laserové ukazovátko), kuchynská soľ, roztok povrchovo aktívnej látky (napr. tekutý prací prostriedok), 1 kuracie vajce, zriedený roztok kyseliny chlorovodíkovej.
Vykonanie experimentu:
Nalejte vodu do sklenenej nádoby, úplne v nej rozpustite trochu stolovej soli.
Stranu skla s výsledným roztokom osvetlíme úzkym lúčom svetla (lúč laserového ukazovátka). Keďže sa soľ úplne rozpustila, nepozoroval sa žiadny viditeľný účinok.
Experimentujte s biologickým materiálom:
Kurací proteín rozpustite v približne 300 ml 1% roztoku soli.
Výsledný roztok osvetlíme úzkym lúčom svetla. Ak sa pozriete na sklo zboku, v dráhe lúča je viditeľný jasný svietiaci pás - vzhľad Tyndallovho efektu.
Potom k roztoku proteínu pridajte zriedený roztok kyseliny chlorovodíkovej. Proteín sa koaguluje (denaturuje) za vzniku belavej zrazeniny. V hornej časti skla už nebude lúč svetla viditeľný.
Výsledky experimentu: Ak nasmerujete lúč svetla zo strany na sklenenú kadičku so soľným roztokom, lúč bude v roztoku neviditeľný. Ak lúč svetla prejde cez kadičku obsahujúcu koloidný roztok (roztok povrchovo aktívnej látky), bude viditeľný, pretože svetlo je rozptýlené koloidnými časticami.
Vplyv vlnovej dĺžky, veľkosti častíc a koncentrácie na realizáciu Tyndallovho efektu
Vlnová dĺžka. Keďže modré vlnové dĺžky majú najkratšiu dĺžku vo viditeľnom spektre, práve tieto vlnové dĺžky sa pri Tyndallovom efekte odrážajú od častíc a dlhšie červené sa rozptyľujú horšie.
Veľkosť častice. Ak sa veľkosť častíc zväčší, potom môžu ovplyvniť rozptyl svetla akejkoľvek vlnovej dĺžky a „rozdelená“ dúha sa zloží späť a získa úplne biele svetlo.
Koncentrácia častíc. Intenzita rozptýleného svetla je priamo úmerná koncentrácii častíc v koloidnom roztoku.
Použitie Tyndallovho efektu
Na základe Tyndallovho efektu sa vo vedeckom výskume a priemyselnej praxi (napríklad v ultramikroskopoch) široko používajú metódy detekcie, určovania veľkosti a koncentrácie koloidných častíc.
Ultramikroskop je optický prístroj na detekciu najmenších (koloidných) častíc, ktorých rozmery sú menšie ako medza rozlíšenia bežných svetelných mikroskopov. Možnosť detekcie takýchto častíc pomocou ultramikroskopu je spôsobená difrakciou svetla na nich Tyndallovým efektom. Pri silnom bočnom osvetlení je každá častica v ultramikroskope označená pozorovateľom ako jasný bod (svetelná difrakčná škvrna) na tmavom pozadí. V dôsledku difrakcie na najmenších časticiach je veľmi málo svetla, preto sa v ultramikroskope spravidla používajú silné svetelné zdroje.
V závislosti od intenzity osvetlenia, vlnovej dĺžky svetla, rozdielu medzi indexmi lomu častice a média možno detegovať častice s veľkosťou od 20-50 nm do 1-5 μm. Z difrakčných škvŕn nie je možné určiť skutočnú veľkosť, tvar a štruktúru častíc. Ultramikroskop neposkytuje optické obrazy skúmaných objektov. Pomocou ultramikroskopu je však možné určiť prítomnosť a početnú koncentráciu častíc, študovať ich pohyb a tiež vypočítať priemernú veľkosť častíc, ak je známa ich hmotnostná koncentrácia a hustota.
Ultramikroskopy sa používajú pri štúdiu rozptýlených systémov na kontrolu čistoty atmosférického vzduchu. Voda, stupeň znečistenia opticky priehľadných médií cudzími inklúziami.
Záver
Počas môjho výskumu som sa naučil veľa o optických efektoch, najmä o Tyndallovom efekte. Táto práca mi pomohla znovu sa pozrieť na niektoré odvetvia fyziky a celkovo na náš úžasný svet.
Okrem aspektov zvažovaných v tomto príspevku by podľa môjho názoru bolo zaujímavé preskúmať možnosti širšej praktickej aplikácie Tyndallovho efektu.
Čo sa týka účelu štúdia, môže byť užitočné a zaujímavé pre študentov škôl, ktorí majú radi optiku, ako aj pre všetkých, ktorí sa zaujímajú o fyziku a rôzne druhy experimentov.
Bibliografia
Gavronskaya Yu.Yu. Koloidná chémia: Učebnica. SPb.: Vydavateľstvo Ruskej štátnej pedagogickej univerzity im. A. I. Herzen, 2007. - 267 s.
Nový polytechnický slovník.- M.: Veľká ruská encyklopédia, 2000. - .20 s. , 231 s. , 460 s.
Pokyny na vykonávanie experimentov pre „NanoSchoolBox“. NanoBioNet e.V/Scince Park Preložil 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
ELEKTROKINETICKÉ VLASTNOSTI KOLOIDOV
Elektrokinetické javy sú rozdelené do dvoch skupín: priame a reverzné. Medzi priame patria tie elektrokinetické javy, ktoré vznikajú pôsobením vonkajšieho elektrického poľa (elektroforéza a elektroosmóza). Opak sa nazýva elektrokinetický jav, pri ktorom pri mechanickom pohybe jednej fázy voči druhej vzniká elektrický potenciál (potenciál prúdenia a sedimentačný potenciál).
Elektroforézu a elektroosmózu objavil F. Reiss (1808). Zistil, že ak sú dve sklenené trubice ponorené do mokrej hliny, naplnené vodou a sú v nich umiestnené elektródy, potom sa pri prechode jednosmerného prúdu častice hliny pohybujú smerom k jednej z elektród.
Tento jav pohybu častíc dispergovanej fázy v konštantnom elektrickom poli sa nazýval elektroforéza.
V inom experimente bola stredná časť trubice v tvare U obsahujúca vodu naplnená drveným kremeňom, do každého kolena trubice bola umiestnená elektróda a cez ňu prechádzal jednosmerný prúd. Po určitom čase sa v kolene, kde sa nachádzala záporná elektróda, pozoroval nárast hladiny vody, v druhej - pokles. Po vypnutí elektrického prúdu sa hladiny vody v kolenách trubice vyrovnali.
Tento jav pohybu disperzného prostredia voči stacionárnej disperznej fáze v konštantnom elektrickom poli sa nazýva elektroosmóza.
Neskôr Quincke (1859) objavil jav inverzný k elektroosmóze, nazývaný perkolačný potenciál. Spočíva v tom, že keď tekutina prúdi pod tlakom cez poréznu membránu, vzniká potenciálny rozdiel. Ako materiály membrány sa testovala hlina, piesok, drevo a grafit.
Tento jav, opak elektroforézy, nazývaný sedimentačný potenciál, objavil Dorn (1878). Keď sa častice kremennej suspenzie pôsobením gravitácie usadili, vznikol potenciálny rozdiel medzi hladinami rôznych výšok v nádobe.
Všetky elektrokinetické javy sú založené na prítomnosti dvojitej elektrickej vrstvy na rozhraní tuhej a kvapalnej fázy.
http://junk.wen.ru/o_6de5f3db9bd506fc.html
18. Špeciálne optické vlastnosti koloidných roztokov kvôli ich hlavným vlastnostiam: disperzia a heterogenita. Optické vlastnosti disperzných systémov sú do značnej miery ovplyvnené veľkosťou a tvarom častíc. Prechod svetla cez koloidný roztok je sprevádzaný takými javmi, ako je absorpcia, odraz, lom a rozptyl svetla. Prevaha ktoréhokoľvek z týchto javov je určená pomerom medzi veľkosťou častíc dispergovanej fázy a vlnovou dĺžkou dopadajúceho svetla. IN hrubé systémy pozoruje sa hlavne odraz svetla od povrchu častíc. IN koloidné roztoky veľkosti častíc sú porovnateľné s vlnovou dĺžkou viditeľného svetla, ktorá určuje rozptyl svetla v dôsledku difrakcie svetelných vĺn.
Rozptyl svetla v koloidných roztokoch sa prejavuje vo forme opalescencia– matná žiara (zvyčajne modrastých odtieňov), ktorá je dobre viditeľná na tmavom pozadí pri bočnom osvetlení sólu. Príčinou opalescencie je rozptyl svetla na koloidných časticiach v dôsledku difrakcie. Opalescence je spojená s fenoménom charakteristickým pre koloidné systémy - Tyndallov efekt: keď lúč svetla prechádza cez koloidný roztok zo smerov kolmých na lúč, pozoruje sa vytvorenie svetelného kužeľa v roztoku.
Tyndallov efekt, Tyndallov rozptyl je optický efekt, rozptyl svetla pri prechode svetelného lúča cez opticky nehomogénne médium. Zvyčajne sa pozoruje ako svetelný kužeľ (Tyndallov kužeľ) viditeľný na tmavom pozadí.
Je typický pre roztoky koloidných systémov (napríklad kovové sóly, zriedené latexy, tabakový dym), v ktorých sa častice a ich prostredie líšia indexom lomu. Množstvo optických metód na určenie veľkosti, tvaru a koncentrácie koloidných častíc a makromolekúl je založených na Tyndallovom jave. .
19. Zoli - ide o slabo rozpustné látky (soli vápnika, horčíka, cholesterolu a pod.) existujúce vo forme lyofóbnych koloidných roztokov.
Newtonovská tekutina je viskózna tekutina, ktorá sa pri svojom toku riadi Newtonovým zákonom o viskóznom trení, to znamená, že tangenciálne napätie a gradient rýchlosti v takejto tekutine sú lineárne závislé. Faktor úmernosti medzi týmito veličinami je známy ako viskozita.
Newtonovská tekutina pokračuje v prúdení, aj keď sú vonkajšie sily veľmi malé, pokiaľ nie sú striktne nulové. Pre newtonovskú kvapalinu viskozita podľa definície závisí iba od teploty a tlaku (a tiež od chemického zloženia, ak kvapalina nie je čistá) a nezávisí od síl, ktoré na ňu pôsobia. Typickou newtonovskou tekutinou je voda.
Nenewtonská kvapalina je kvapalina, ktorej viskozita závisí od rýchlostného gradientu. Takéto kvapaliny sú zvyčajne vysoko nehomogénne a pozostávajú z veľkých molekúl, ktoré tvoria zložité priestorové štruktúry.
Najjednoduchším názorným príkladom pre domácnosť je zmes škrobu s malým množstvom vody. Čím rýchlejší je vonkajší vplyv na makromolekuly spojiva suspendované v kvapaline, tým vyššia je jej viskozita.
***Na Newtona padlo jablko, Číňania obdivovali kvapky na lotosových kvetoch a John Tyndall, ktorý sa pravdepodobne prechádzal po lese, zbadal kužeľ svetla. Rozprávka? Možno. Ale práve na počesť posledného hrdinu je pomenovaný jeden z najkrajších efektov nášho sveta – Tyndallov efekt....***
Rozptyl svetla je jednou zo všeobecných charakteristík vysoko disperzných systémov.
Pri bočnom osvetlení rozptýleného systému sa spravidla pozoruje charakteristická dúhová žiara, ktorá je obzvlášť zreteľne viditeľná na tmavom pozadí.
Táto vlastnosť, spojená s rozptylom svetla časticami dispergovanej fázy, sa nazýva opalescencia, od názvu opálu - opál (lat.), Priesvitný minerál modrastej alebo žltkastobielej farby. V roku 1868 zistil, že keď sa koloidný roztok osvetlí zboku lúčom svetla zo silného zdroja, pozoruje sa jasný rovnomerne svietiaci kužeľ - Tyndallov kužeľ, alebo Tyndallov efekt, kým v prípade roztoku s nízkou molekulovou hmotnosťou sa kvapalina javí ako opticky prázdna, t.j. stopa lúča je neviditeľná.
vľavo - 1% roztok škrobu, vpravo - voda.
Tyndallov jav nastáva pri rozptyle suspendovanými časticami, ktorých veľkosť desaťkrát presahuje veľkosť atómov. Keď sa častice suspenzie zväčšia na veľkosť rádovo 1/20 vlnovej dĺžky svetla (od približne 25 nm a viac), rozptyl sa stane polychromatickým, to znamená, že sa svetlo začne rozptyľovať rovnomerne po celom viditeľnom rozsahu farieb. od fialovej po červenú. Výsledkom je, že Tyndallov efekt zmizne. Preto sa nám hustá hmla alebo kupovité oblaky zdajú biele – pozostávajú z hustej suspenzie vodného prachu s priemerom častíc od mikrónov po milimetre, čo je vysoko nad Tyndallovým prahom rozptylu.
Možno by ste si mysleli, že obloha sa nám javí ako modrá kvôli Tyndallovmu efektu, ale nie je to tak. Pri absencii oblakov alebo dymu sa obloha sfarbí do modro-modra v dôsledku rozptylu „denného svetla“ na molekulách vzduchu. Tento typ rozptylu sa nazýva Rayleighov rozptyl (podľa Sira Rayleigha). Rayleighov rozptyl rozptyľuje modré a azúrové svetlo ešte viac ako Tyndallov efekt: napríklad modré svetlo s vlnovou dĺžkou 400 nm sa v čistom vzduchu rozptýli deväťkrát silnejšie ako červené svetlo s vlnovou dĺžkou 700 nm. Preto sa nám obloha javí ako modrá – slnečné svetlo sa rozptýli v celom spektrálnom rozsahu, no v modrej časti spektra je takmer o rád silnejšie ako v červenej. Ultrafialové lúče, ktoré spôsobujú úpal, sú ešte viac rozptýlené. Preto je opálenie po tele rozložené pomerne rovnomerne a pokrýva aj tie oblasti pokožky, ktoré nie sú vystavené priamemu slnečnému žiareniu.
Gerasimenko Evgenia
Táto prezentácia je venovaná popisu Tyndallovho efektu a jeho praktickej aplikácii.
Stiahnuť ▼:
Náhľad:
Ak chcete použiť ukážku prezentácií, vytvorte si Google účet (účet) a prihláste sa: https://accounts.google.com
Popisy snímok:
Vyplnil: študent 11. ročníka "B" Evgenia Gerasimenko Kontroloval: učiteľ chémie Yurkina T.I. 2012/2013 akademický rok tyndall efekt
John Tyndall írsky fyzik a inžinier. Narodil sa v Lylin Bridge v grófstve Carlow. Po skončení strednej školy pracoval ako topograf – geodet vo vojenských organizáciách a pri stavbe železníc. Zároveň absolvoval Mechanický inštitút v Prestone. Prepustený z vojenskej geodetickej služby za protest proti zlým pracovným podmienkam. Učil na Queenwood College (Hampshire), pričom pokračoval v samovzdelávaní. V rokoch 1848-51 počúval prednášky na univerzitách v Marburgu a Berlíne. Po návrate do Anglicka sa stal učiteľom a potom profesorom na Kráľovskom inštitúte v Londýne. Hlavné diela vedca sú venované magnetizmu, akustike, absorpcii tepelného žiarenia plynmi a parami, rozptylu svetla v zakalených médiách. Študoval štruktúru a pohyb ľadovcov v Alpách. Tyndall bol mimoriadne nadšený myšlienkou popularizácie vedy. Pravidelne mal verejné prednášky, často vo forme bezplatných prednášok pre všetkých: pre robotníkov na továrenských dvoroch v čase obeda, vianočné prednášky pre deti v Kráľovskom inštitúte. Tyndallova sláva ako popularizátora sa dostala aj na druhú stranu Atlantiku – celý náklad amerického vydania jeho knihy Fragments of Science bol vypredaný za jeden deň. Zomrel absurdnou smrťou v roku 1893: pri príprave večere vedcova manželka (ktorá ho prežila o 47 rokov) omylom použila namiesto kuchynskej soli jedno z chemických činidiel uložených v kuchyni.
Popis Tyndallov efekt - žiara opticky nehomogénneho média v dôsledku rozptylu svetla, ktoré ním prechádza. Je to spôsobené difrakciou svetla na jednotlivých časticiach alebo prvkoch štruktúrnej nehomogenity prostredia, ktorých veľkosť je oveľa menšia ako vlnová dĺžka rozptýleného svetla. Je typický pre koloidné systémy (napríklad hydrosóly, tabakový dym) s nízkou koncentráciou častíc dispergovanej fázy, ktoré majú index lomu odlišný od indexu lomu disperzného prostredia. Zvyčajne sa pozoruje ako svetelný kužeľ na tmavom pozadí (Tyndallov kužeľ), keď zaostrený svetelný lúč prechádza zboku cez sklenenú kyvetu s planparalelnými stenami naplnenými koloidným roztokom. Krátkovlnnú zložku bieleho (nemonochromatického) svetla rozptyľujú koloidné častice silnejšie ako dlhovlnná zložka, preto ňou vytvorený Tyndallov kužeľ v neabsorbujúcom popole má modrý odtieň. Tyndallov efekt je v podstate rovnaký ako opalescencia. Tradične však prvý termín označuje intenzívny rozptyl svetla v obmedzenom priestore pozdĺž dráhy lúča a druhý termín označuje slabý rozptyl svetla celým objemom pozorovaného objektu.
Tyndallov efekt je voľným okom vnímaný ako rovnomerná žiara niektorej časti objemu systému rozptylu svetla. Svetlo vychádza z jednotlivých bodov - difrakčných škvŕn, dobre rozlíšiteľných pod optickým mikroskopom pri dostatočne silnom osvetlení zriedeného sólu. Intenzita svetla rozptýleného v danom smere (pri konštantných parametroch dopadajúceho svetla) závisí od počtu rozptylujúcich častíc a ich veľkosti.
Časovanie Čas spustenia (log do -12 až -6); Životnosť (log tc -12 až 15); Čas degradácie (log td -12 až -6); Optimálny čas vývoja (log tk -9 až -7). Technická realizácia efektu Efekt možno ľahko pozorovať, keď lúč hélium-neónového lasera prechádza cez koloidný roztok (jednoducho nezafarbené škrobové želé). Diagram
Aplikácia efektu Na základe Tyndallovho efektu sú vo vedeckom výskume a priemyselnej praxi široko používané metódy detekcie, určovania veľkosti a koncentrácie koloidných častíc (ultramikroskopia, nefelometria).
Príklad. Ultramikroskop. Ultramikroskop je optický prístroj na detekciu najmenších (koloidných) častíc, ktorých rozmery sú menšie ako medza rozlíšenia bežných svetelných mikroskopov. Možnosť detekcie takýchto častíc pomocou ultramikroskopu je spôsobená difrakciou svetla na nich Tyndallovým efektom. Pri silnom bočnom osvetlení je každá častica v ultramikroskope označená pozorovateľom ako jasný bod (svetelná difrakčná škvrna) na tmavom pozadí. V dôsledku difrakcie na najmenších časticiach je veľmi málo svetla, preto sa v ultramikroskope spravidla používajú silné svetelné zdroje. V závislosti od intenzity osvetlenia, vlnovej dĺžky svetla, rozdielu medzi indexmi lomu častice a média možno detegovať častice s veľkosťou od 20-50 nm do 1-5 μm. Z difrakčných škvŕn nie je možné určiť skutočnú veľkosť, tvar a štruktúru častíc. Ultramikroskop neposkytuje optické obrazy skúmaných objektov. Pomocou ultramikroskopu je však možné určiť prítomnosť a početnú koncentráciu častíc, študovať ich pohyb a tiež vypočítať priemernú veľkosť častíc, ak je známa ich hmotnostná koncentrácia a hustota. V schéme štrbinového ultramikroskopu (obr. 1a) je skúmaný systém nepohyblivý.
V schéme štrbinového ultramikroskopu je skúmaný systém nehybný. Schematický diagram štrbinového mikroskopu. Kyveta 5 so skúmaným objektom je osvetlená svetelným zdrojom 1 (2 - kondenzátor, 4 - osvetľovacia šošovka) cez úzku obdĺžnikovú štrbinu 3, ktorej obraz sa premieta do pozorovacej oblasti. V okuláre pozorovacieho mikroskopu 6 sú viditeľné svetelné bodky častíc umiestnené v obrazovej rovine štrbiny. Nad a pod osvetlenou oblasťou nie je detekovaná prítomnosť častíc.
V prietokovom ultramikroskope sa skúmané častice pohybujú pozdĺž trubice smerom k oku pozorovateľa. Schematický diagram prietokového mikroskopu Pri prekročení zóny osvetlenia sa vizuálne alebo pomocou fotometrického zariadenia zaznamenajú ako jasné záblesky. Nastavením jasu osvetlenia pozorovaných častíc pohyblivým fotometrickým klinom 7 je možné vyčleniť na registráciu častice, ktorých veľkosť presahuje vopred stanovený limit. Pomocou moderného in-line ultramikroskopu s laserovým zdrojom svetla a optoelektronickým systémom detekcie častíc sa zisťuje koncentrácia častíc v aerosóloch v rozsahu od 1 do 109 častíc na 1 cm3 a zisťujú sa aj funkcie distribúcie veľkosti častíc. Ultramikroskopy sa používajú pri štúdiu rozptýlených systémov na kontrolu čistoty atmosférického vzduchu. Voda, stupeň znečistenia opticky priehľadných médií cudzími inklúziami.
Použitá literatúra 1. Fyzika. Veľký encyklopedický slovník.- M.: Veľká ruská encyklopédia, 1999.- S.90, 460. 2. Nový polytechnický slovník.- M.: Veľká ruská encyklopédia, 2000.- S.20, 231, 460. Kľúčové slová optická žiara nehomogénne dvojfázové médium rozptyl svetla disperzné prostredie
Z hľadiska optických vlastností sa koloidné roztoky výrazne líšia od skutočných roztokov nízkomolekulárnych látok, ako aj od hrubo disperzných systémov. Najcharakteristickejšími optickými vlastnosťami koloidne dispergovaných systémov sú opalescencia, Faradayov-Tyndallov efekt a farba. Všetky tieto javy sú spôsobené rozptylom a absorpciou svetla koloidnými časticami.
V závislosti od vlnovej dĺžky viditeľného svetla a relatívnych veľkostí častíc dispergovanej fázy nadobúda rozptyl svetla rôzny charakter. Ak veľkosť častíc presahuje vlnovú dĺžku svetla, svetlo sa od nich odráža podľa zákonov geometrickej optiky. V tomto prípade môže časť svetelného žiarenia preniknúť dovnútra častíc, zažiť lom, vnútorný odraz a byť absorbovaná.
Ak je veľkosť častíc menšia ako polovica vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla, pozoruje sa rozptyl difrakčného svetla; svetlo akoby obchádza (obaľuje) častice, s ktorými sa na ceste stretne. V tomto prípade dochádza k čiastočnému rozptylu vo forme vĺn rozbiehajúcich sa vo všetkých smeroch. V dôsledku rozptylu svetla je každá častica zdrojom nových, menej intenzívnych vĺn, t.j. ako keby nastala samoluminiscencia každej častice. Fenomén rozptylu svetla drobnými časticami sa nazýva tzv opalescencia. Je charakteristický hlavne pre sóly (kvapalné a tuhé), pozorujeme ho len v odrazenom svetle, t.j. zboku alebo na tmavom pozadí. Tento jav sa prejavuje vo výskyte určitého zákalu sólu a v zmene („pretečení“) jeho farby v porovnaní s farbou v prechádzajúcom svetle. Sfarbenie v odrazenom svetle je spravidla posunuté smerom k vyššej frekvencii viditeľnej časti spektra. Takže biele sóly (sol chloridu strieborného, kolofónia atď.) opalescentné s modrastou farbou.
Faradayov-Tyndallov efekt. Difrakčný rozptyl svetla si prvýkrát všimol M. V. Lomonosov. Neskôr, v roku 1857, tento jav pozoroval Faraday v zlatých sóloch. Fenomén difrakcie (opalescencie) pre kvapalné a plynné médiá najpodrobnejšie študoval Tyndall (1868).
Ak si vezmete jeden pohár s roztokom chloridu sodného a druhý s hydrosólom vaječného bielka, je ťažké určiť, kde je koloidný roztok a kde je pravý, pretože obe kvapaliny vyzerajú bezfarebne a priehľadne (obr. 6.5). . Tieto riešenia však možno ľahko rozlíšiť vykonaním nasledujúceho experimentu. Nasaďte si zdroj svetla (stolovú lampu) nepriehľadné puzdro s otvorom, pred ktoré, aby sme získali užší a jasnejší lúč svetla, dáme šošovku. Ak sú obe sklá umiestnené v dráhe svetelného lúča, v skle so sólom uvidíme svetelnú dráhu (kužeľ), pričom v skle s chloridom sodným je lúč takmer neviditeľný. Podľa mena vedcov, ktorí prvýkrát pozorovali tento jav, sa svetelný kužeľ v kvapaline nazýval Faradayov-Tyndallov kužeľ (alebo efekt). Tento efekt je charakteristický pre všetky koloidné roztoky.
Vzhľad Faradayovho-Tyndallovho kužeľa sa vysvetľuje fenoménom rozptylu svetla koloidnými časticami s veľkosťou 0,1-0,001 mikrónu.
Vlnová dĺžka viditeľnej časti spektra je 0,76-0,38 mikrónov, takže každá koloidná častica rozptyľuje svetlo dopadajúce na ňu. Vo Faradayovom-Tyndallovom kuželi je viditeľný, keď je línia pohľadu nasmerovaná pod uhlom k lúču prechádzajúcemu cez sól. Faradayov-Tyndallov efekt je jav identický s opalescenciou a líši sa od opalescencie iba vo forme koloidného stavu, t.j. mikroheterogenity systému.
Teóriu rozptylu svetla koloidnými disperznými systémami vypracoval Rayleigh v roku 1871. Stanovuje závislosť intenzity (množstva energie) rozptýleného svetla (I) počas opalescencie a vo Faraday-Tyndallovom kuželi od vonkajších a vnútorných faktorov. Matematicky je táto závislosť vyjadrená vo forme vzorca nazývaného Rayleighov vzorec:
 | 6.1 |
kde I je intenzita rozptýleného svetla v smere kolmom na dopadajúci svetelný lúč; K je konštanta v závislosti od indexov lomu disperzného prostredia a dispergovanej fázy; n je počet častíc na jednotku objemu sólu; λ je vlnová dĺžka dopadajúceho svetla; V je objem každej častice.
Zo vzorca (6.1) vyplýva, že rozptyl svetla (I) je úmerný koncentrácii častíc, druhej mocnine objemu častice (alebo u guľových častíc - šiesta mocnina ich polomeru) a nepriamo úmerný štvrtej mocnine. sila vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla. K rozptylu krátkych vĺn teda dochádza relatívne intenzívnejšie. Preto sa bezfarebné sóly javia ako červenkasté v prechádzajúcom svetle a modré v rozptýlenom svetle.
Farbenie koloidných roztokov. V dôsledku selektívnej absorpcie svetla (absorpcie) v kombinácii s difrakciou vzniká jedno alebo druhé sfarbenie koloidného roztoku. Skúsenosti ukazujú, že väčšina koloidných (najmä kovových) roztokov je pestrofarebná v širokej škále farieb, od bielej až po úplne čiernu, so všetkými odtieňmi farebného spektra. Takže sóly As 2 S 3 sú jasne žlté, Sb 2 S 3 - oranžové, Fe (OH) 3 - červenohnedé, zlaté - jasne červené atď.
Ten istý sol má inú farbu v závislosti od toho, či sa naň pozerá v prechádzajúcom alebo odrazenom svetle. Sóly tej istej látky môžu v závislosti od spôsobu prípravy získať inú farbu - fenomén polychrómie (viacfarebné). Farba sólov v tomto prípade závisí od stupňa disperzie častíc. Hrubo rozptýlené zlaté sóly majú teda modrú farbu, väčší stupeň disperzie – fialový a vysoko disperzný – jasne červený. Je zaujímavé, že farba kovu v nedispergovanom stave nemá nič spoločné s jeho farbou v koloidnom stave.
Treba poznamenať, že intenzita farby sólov je desiatky (alebo dokonca stovky) krát väčšia ako intenzita molekulárnych roztokov. Žltá farba sólu As 2 S 3 vo vrstve hrubej 1 cm je teda zreteľne viditeľná pri hmotnostnej koncentrácii 10 -3 g/l a červená farba sólu zlata je badateľná už pri koncentrácii 10 - 5 g/l.
Nádherná a svetlá farba mnohých drahokamov a polodrahokamov (rubíny, smaragdy, topásy, zafíry) je spôsobená ich obsahom zanedbateľného (ani pri najlepšej analytickej rovnováhe nezistiteľného) množstva nečistôt ťažkých kovov a ich oxidov, ktoré sú v koloidný stav. Na umelé získanie jasného rubínového skla používaného pre automobilové, cyklistické a iné svietidlá teda stačí pridať len 0,1 kg koloidného zlata na 1000 kg sklenenej hmoty.
