Какво физическо явление е отговорно за ефекта на Тиндал? Разсейване на светлината. Закон на Рейли. Ефект на Тиндал. Молекулярно разсейване. Нефелометрия. Прилагане на ефекта на Тиндал

По оптични свойства колоидните разтвори се различават значително от истинските разтвори на нискомолекулни вещества, както и от грубо дисперсните системи. Най-характерните оптични свойства на колоидно-дисперсните системи са опалесценция, ефект на Фарадей-Тиндал и цвят. Всички тези явления се дължат на разсейването и поглъщането на светлината от колоидните частици.

В зависимост от дължината на вълната на видимата светлина и относителните размери на частиците на дисперсната фаза, разсейването на светлината има различен характер. Ако размерът на частиците надвишава дължината на вълната на светлината, тогава светлината се отразява от тях според законите на геометричната оптика. В този случай част от светлинното лъчение може да проникне вътре в частиците, да изпита пречупване, вътрешно отражение и да се абсорбира.

Ако размерът на частиците е по-малък от дължината на половин вълна на падащата светлина, се наблюдава дифракционно разсейване на светлината; светлината, така да се каже, заобикаля (обгръща) частиците, които се срещат по пътя. В този случай се извършва частично разсейване под формата на вълни, разминаващи се във всички посоки. В резултат на разсейването на светлината всяка частица е източник на нови, по-малко интензивни вълни, т.е. възниква сякаш самолуминесценция на всяка частица. Явлението разсейване на светлината от малки частици се нарича опалесценция.Характерен е предимно за золите (течни и твърди), наблюдава се само в отразена светлина, т.е. отстрани или на тъмен фон. Това явление се изразява в поява на известно помътняване на зола и в промяна („преливане”) на цвета му спрямо цвета в пропусната светлина. Оцветяването в отразена светлина, като правило, се измества към по-високата честота на видимата част от спектъра. И така, бели золове (зол на сребърен хлорид, колофон и др.) опалесцират със синкав цвят.

Ефект на Фарадей-Тиндал.Дифракционното разсейване на светлината е забелязано за първи път от М. В. Ломоносов. По-късно, през 1857 г., това явление е наблюдавано от Фарадей в златни золове. Явлението дифракция (опалесценция) за течни и газообразни среди е изследвано най-подробно от Тиндал (1868).

Ако вземете една чаша с разтвор на натриев хлорид, а другата с хидрозол от яйчен белтък, е трудно да се установи къде е колоидният разтвор и къде е истинският, тъй като и двете течности изглеждат безцветни и прозрачни (фиг. 6.5) . Въпреки това, тези решения могат лесно да бъдат разграничени чрез извършване на следния експеримент. Нека поставим върху източник на светлина (настолна лампа) непрозрачен корпус с отвор, пред който, за да получим по-тесен и по-ярък светлинен лъч, поставяме леща. Ако и двете стъкла се поставят на пътя на светлинния лъч, ще видим светлинен път (конус) в стъклото със зола, докато лъчът е почти невидим в стъклото с натриев хлорид. По името на учените, които първи са наблюдавали това явление, светлинен конус в течност се нарича конус (или ефект) на Фарадей-Тиндал. Този ефект е характерен за всички колоидни разтвори.

Появата на конуса на Фарадей-Тиндал се обяснява с явлението разсейване на светлината от колоидни частици с размер 0,1-0,001 микрона.

Дължината на вълната на видимата част от спектъра е 0,76-0,38 микрона, така че всяка колоидна частица разпръсква светлината, която пада върху нея. Вижда се в конуса на Фарадей-Тиндал, когато зрителната линия е насочена под ъгъл към лъча, преминаващ през золата. ефектът на Фарадей-Тиндал е явление, идентично на опалесценцията и се различава от последното само по формата на колоидно състояние, т.е. микрохетерогенността на системата.

Теорията за разсейване на светлината от колоидни дисперсни системи е разработена от Rayleigh през 1871 г. Тя установява зависимостта на интензитета (количеството енергия) на разсеяната светлина (I) по време на опалесценция и в конуса на Фарадей-Тиндал от външни и вътрешни фактори. Математически тази зависимост се изразява под формата на формула, наречена формула на Rayleigh:

6.1

където I е интензитетът на разсеяната светлина в посока, перпендикулярна на падащия светлинен лъч; K е константа, зависеща от показателите на пречупване на дисперсната среда и дисперсната фаза; n е броят на частиците в единица обем на зола; λ е дължината на вълната на падащата светлина; V е обемът на всяка частица.

От формула (6.1) следва, че разсейването на светлината (I) е пропорционално на концентрацията на частиците, квадрата на обема на частицата (или за сферичните частици - шестата степен на техния радиус) и обратно пропорционална на четвъртата мощност на дължината на вълната на падащата светлина. По този начин разсейването на късите вълни става относително по-интензивно. Следователно безцветните золове изглеждат червеникави в пропусната светлина и сини в дифузна светлина.

Оцветяване на колоидни разтвори.В резултат на селективното поглъщане на светлина (абсорбция) в комбинация с дифракция се образува един или друг цвят на колоидния разтвор. Опитът показва, че повечето колоидни (особено метални) разтвори са ярко оцветени в голямо разнообразие от цветове, вариращи от бяло до напълно черно, с всички нюанси на цветовия спектър. И така, As 2 S 3 золите са ярко жълти, Sb 2 S 3 - оранжеви, Fe (OH) 3 - червеникавокафяви, златни - ярко червени и т.н.

Един и същ зол има различен цвят в зависимост от това дали се гледа в пропусната или отразена светлина. Солите на едно и също вещество, в зависимост от метода на получаване, могат да придобият различен цвят - явлението полихромия (многоцветност). Цветът на золите в този случай зависи от степента на дисперсност на частиците. Така грубо диспергираните златни золове имат син цвят, по-висока степен на дисперсност - виолетов, а силно диспергирани - яркочервен. Интересно е да се отбележи, че цветът на метала в недисперсно състояние няма нищо общо с цвета му в колоидно състояние.

Трябва да се отбележи, че интензитетът на цвета на золите е десетки (или дори стотици) пъти по-голям от този на молекулните разтвори. Така жълтият цвят на зола As 2 S 3 в слой с дебелина 1 cm е ясно видим при масова концентрация 10 -3 g/l, а червеният цвят на златния зол се забелязва дори при концентрация 10 - 5 g/l.

Красивият и ярък цвят на много скъпоценни и полускъпоценни камъни (рубини, изумруди, топази, сапфири) се дължи на съдържанието в тях на пренебрежимо малки (неоткриваеми дори на най-добрите аналитични везни) количества примеси от тежки метали и техните оксиди, които са в колоидно състояние. Така че, за да получите изкуствено ярко рубинено стъкло, използвано за автомобилни, велосипедни и други лампи, е достатъчно да добавите само 0,1 kg колоидно злато на 1000 kg стъклена маса.

Една чаша с разтвор на натриев хлорид, а другата с хидрозол от яйчен белтък, трудно е да се установи къде е колоидният разтвор и къде е истинският, тъй като и двете течности изглеждат безцветни и прозрачни (фиг. 85). Въпреки това, тези решения могат лесно да бъдат разграничени чрез извършване на следния експеримент. Нека сложим (настолна лампа) непрозрачен корпус с отвор, пред който, за да получим по-тесен и по-ярък сноп светлина, поставяме леща. Ако и двете стъкла се поставят на пътя на светлинния лъч, ще видим светлинен път (конус) в стъклото със зола, докато лъчът е почти невидим в стъклото с натриев хлорид. По името на учените, които първи са наблюдавали това явление, светлинен конус в течност се нарича конус (или ефект) на Фарадей-Тиндал. Този ефект е характерен за всички колоидни разтвори.

По този начин ефектът на Фарадей-Тиндал е явление, идентично на опалесценцията и се различава от последното само във формата на колоидно състояние, т.е. микрохетерогенността на системата.

В разтворите на HMS ефектът на Фарадей-Тиндал не се открива много ясно поради факта, че индексът на пречупване на солватираните частици на разтвореното вещество n се различава малко от индекса на пречупване на разтворителя Po, следователно разликата n - o-O и интензитетът на разсейване на светлината от HMS разтвори е незначителен (виж гл. VII, 91). По същата причина макромолекулите не могат да бъдат открити под ултрамикроскоп.

ОПАЛЕНЦИЯ И ЕФЕКТЪТ НА ФАРАДЕЙ-ТИНДАЛ

Установено е, че при преминаване на лъч светлина през чиста вода и други чисти течности и през чист (т.е. лишен от капчици и кристали вода и прах) въздух и разтвори с разтворено вещество с ниско молекулно тегло, ефектът на Фарадей-Тиндал е не се наблюдава, тъй като не се наблюдава при тях и опалесценция. Такива среди се наричат ​​оптически празни. Следователно, ефектът на Фарадей-Тиндал е важен инструмент за откриване на колоидното състояние, т.е. микрохетерогенността на системата.

Феноменът на разсейване на светлината от най-малките частици се крие в

Ефект на Тиндал Ефект на Тиндал (разсейване на Тиндал) Разсейване на светлината, когато светлинен лъч преминава през оптически нехомогенна среда. Обикновено се наблюдава като светещ конус (конус на Тиндал), видим на тъмен фон. Типично за... Обяснителна Английско-руски речниквърху нанотехнологиите. - М.

Ефект на Тиндал- Tindalio reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. ефект на Фарадей Тиндал; Ефектът на Тиндал вок. Ефект на Фарадей Тиндал, m; Ефектът на Тиндал, m rus. ефект на Тиндал, m; Феноменът на Фарадей Тиндал, n pranc. ефект Фарадей Тиндал, м; effet… … Fizikos terminų žodynas

Ефект на Тиндал- вижте конуса на Тиндал ... Химически термини

ФЕНОМЕНЪТ ТИНДАЛ- ФЕНОМЕНЪТ на ТИНДАЛ, феномен или ефект, се състои в това, че ярък лъч светлина, преминаващ през някои прозрачни тела и гледан в посока, перпендикулярна на хода на светлинните лъчи, се вижда в съответното прозрачно тяло като някакъв вид област. ... Голяма медицинска енциклопедия

Рамановото разсейване на светлината (раманов ефект) е нееластичното разсейване на оптично лъчение върху молекулите на вещество (твърдо, течно или газообразно), придружено от забележима промяна в неговата честота. За разлика от Релеевото разсейване, в случай на ... ... Wikipedia

Поява на светещ конус на по-тъмен фон (конус на Тиндал) при разсейване на светлина с дължина на вълната К в мътна среда с размери h » 0,1l. Кръстен на англичаните физикът J. Tyndall, който открива ефекта; характеристика на колоиден ... ... Физическа енциклопедия

Разсейване на светлината в мътна среда с размери на разсейващите нехомогенности? 0,1 0,2 дължини на вълната на светлината. Разсеяният лъч светлина, когато се гледа отстрани, има формата на синкав конус на тъмен фон (конус на Тиндал). Изследван от J. Tyndall (1868). На… … Голям енциклопедичен речник

Разсейване на Тиндал, разсейване на светлината при преминаване на светлинен лъч през оптически нехомогенна среда. Обикновено се наблюдава като светещ конус (конус на Тиндал), видим на тъмен фон. Характерно за разтвори на колоидни системи (Вижте ... ... Велика съветска енциклопедия

Разсейване на светлината в мътна среда с размери на разсейващите нееднородности Ефект на Тиндал 0,1 0,2 дължини на вълната на светлината. Разсеяният лъч светлина, когато се гледа отстрани, има формата на синкав конус на тъмен фон (конус на Тиндал). Изучен от Дж. Тиндал ... ... енциклопедичен речник

Разсейване на светлината в мътна среда с размери на разсейващите нехомогенности от 0,1 0,2 дължини на вълната на светлината. Разсеяният лъч светлина, когато се гледа отстрани, има формата на синкав конус на тъмен фон (конус на Тиндал). Изследван от J. Tyndall (1868). На T. e ... Естествени науки. енциклопедичен речник

Цели на урока:

Образователни:да запознае учениците с оптичните свойства на колоидните разтвори.

Разработване:разширяват разбирането на учениците за оптичните свойства на колоидните разтвори. развийте ги познавателна дейности способността да се подчертае основното във визуалната информация.

Подхранване:продължете да култивирате внимание, наблюдение, естетически чувства, способност за работа с технология.

Нагледни помагала: компютър, екран, проектор.

Технология: лекция с помощта на TCO (компютърна технология).

Етапи на урока: I Организационна част

Разсейване на светлината в колоидни разтвори. Ефект на Тиндал-Фарадей

Оптичните свойства на колоидните разтвори се определят от разсейването на светлината в колоидните разтвори, цвета на колоидните разтвори, абсорбцията на светлина от колоидите, отразяването на светлината от повърхността на частиците, както и ултрамикроскопични, електронномикроскопични и рентгенови свойства. Много често колоидните системи са оцветени. Цветът се променя в зависимост от степента на дисперсия, химическата природа на частиците и тяхната форма, тъй като тези фактори влияят върху разсейването и адсорбцията на светлината. Соли на метали, имащи висока степендисперсия, обикновено имат червен или тъмно жълт цвят, а металите с ниска степен на дисперсия са лилави или бледосини. Например, с по-висока степен на чистота златните золове придобиват червен цвят, а с ниска степен - виолетов и бледосин. Цветът на металните золове също зависи от дължината на абсорбираната светлинна вълна. Лъчът на прожекторите, мъглата, димът са безцветни. Синият цвят на небето се дължи на светлинното разсейване на слънчевата светлина в слоевете въздух.

Ако размерът на частицата е по-голям от дължината на вълната на светлината, тогава, според закона на геометричната оптика, светлината се отразява от повърхността на частицата. Ако обаче частиците са по-малки от дължината на вълната на светлината, тогава сред наблюдаваните оптични явления има разсейване на светлината. Следователно, когато светлината преминава през колоидно-дисперсни и грубо дисперсни системи, светлината се разсейва от частици на дисперсната фаза. Ако насочите лъч от светлинен лъч към дисперсна система, неговият път се вижда, когато се гледа отстрани под формата на светещ конус. Това явление е изследвано първо от Фарадей, а след това по-подробно от Тиндал. Следователно това явление се нарича ефект на Тиндал-Фарадей.

За да се наблюдава ефектът на Тиндал-Фарадей, дисперсната система (С) се излива в тетраедричен стъклен съд (кювета), пред кюветата се поставя тъмна завеса и се осветява с проекционна лампа (А) (фиг. 8). В този експеримент се образува светещ конус, причината за което е разсейването на светлината от колоидни частици и в резултат на това всяка частица изглежда като точка, която дава светлина. Процесът на разсейване на светлината от малки частици се нарича опалесценция. В истина водни разтвори, в смес от чисти течности светлината се разсейва в незначителни количества и следователно ефектът на Тиндал-Фарадей не се наблюдава. Може да се види само в специално устройство. Понякога външно не е възможно да се различи истинският разтвор от колоидния и за да се установи дали даден разтвор е колоиден или истински разтвор, се използва ефектът на Тиндал-Фарадей. Интензитетът на ефекта на Тиндал-Фарадей нараства с увеличаване на степента на дисперсия на зола и при достигане на определена степен на дисперсия достига максимум и след това намалява. В грубо дисперсните системи (поради факта, че размерът на частиците е по-голям от дължината на вълната на светлината) светлината се отразява от повърхността на частицата под определен ъгъл и в резултат на това се наблюдава отражение на светлината.

Грубо дисперсните системи отразяват еднакво светлинни вълниразлични дължини. Ако системата падне Бяла светлина, тогава отразената светлина също ще бъде бяла.

Процесът на разсейване на светлинни вълни от колоидни частици зависи от дължината на светлинната вълна. Според закона на Rayleigh интензитетът на разсейване на светлината в колоидна система, дължащ се на дифракция, е пропорционален на броя на частиците, квадрата на обема на частицата и е обратно пропорционален на четвъртата степен на дължината на вълната на падащата светлина .

Тук J0? интензитет на разсеяната светлина, Дж? интензитет на падаща светлина, v- числена концентрация, V? обем на частиците, n1- индекс на пречупване на дисперсната фаза, n2? индекс на пречупване на дисперсионната среда, ке константа, зависеща от интензитета на падащата светлина и от разликата между показателите на пречупване на дисперсната фаза и дисперсионната среда, л- дължина на светлинната вълна, nm.

Значение n1в това уравнение зависи от природата на веществото. Ако n1И n2са равни помежду си, тогава в такива системи ефектът на Тиндал-Фарадей не се наблюдава. Колкото по-голяма е разликата между показателите на пречупване на дисперсната фаза и дисперсионната среда, толкова по-ясно се наблюдава ефектът на Тиндал-Фарадей.

Уравнението на Rayleigh е приложимо само за такива колоидни разтвори, в които размерът на частиците е не повече от 0,1 дължина на вълната на светлината. От уравнението може да се види, че интензитетът на разсейване на светлината е обратно пропорционален на четвъртата степен на дължината на вълната и следователно по време на процеса на разсейване се образуват по-къси вълни. Следователно, при странично осветяване на колоиден разтвор с полихроматична (бяла) светлина, колоидните разтвори имат синкав цвят.

Разсейване на светлината. От класическа гледна точка, разсейването на светлината е това

Електромагнитните вълни, преминаващи през материята, предизвикват колебания на електроните в атомите. Обяснение: ако размерът на частиците е малък, тогава електроните, които правят

принудените вибрации в атомите са еквивалентни на осцилиращ дипол. Този дипол осцилира с честотата на падащата върху него светлинна вълна. Следователно частта от спектъра с къса дължина на вълната се разпръсква много по-интензивно от частта с дължина на вълната. Синята светлина се разпръсква почти 5 пъти по-интензивно от червената. Следователно разсеяната светлина е синя, а пропуснатата е червеникава. На много голяма надморска височина (стотици километри) концентрацията на атмосферните молекули е много ниска, разсейването практически изчезва, небето трябва да изглежда черно и звездите се виждат в присъствието на Слънцето. При космически полетиВсички тези прогнози бяха напълно потвърдени.

Законът на Rayleigh-Jeans е законът за излъчване за равновесната радиационна плътност на черното тяло и за излъчвателната способност на черното тяло.

Ефект на Тиндал, разсейване на Тиндал (англ. Tyndall effect) - оптичен ефект, разсейване на светлината, когато светлинен лъч преминава през оптически нехомогенна среда. Обикновено се наблюдава като светещ конус (конус на Тиндал), видим на тъмен фон.

Характерно е за разтвори на колоидни системи (например золи, метали, разредени латекси, тютюнев дим), в които частиците и тяхната среда се различават по коефициент на пречупване.

Нефелометрията е метод за изследване и анализ на вещество чрез интензитета на светлинния поток, разпръснат от суспендирани частици на дадено вещество.

Същността на метода

Интензитетът на разсеяния светлинен поток зависи от много фактори, по-специално от концентрацията на частици в анализираната проба. Голямо значениев нефелометрията има обема на частиците, които разпръскват светлината. Важно изискване за реакциите, използвани в нефелометрията, е реакционният продукт да е практически неразтворим и да представлява суспензия (суспензия). За задържане на твърди частици в суспензия се използват различни стабилизатори (напр. желатин), за да се предотврати коагулацията на частиците.

50. Топлинно излъчване на тела. Закони за излъчване на черно тяло (Стефан-Болцман, Виена).

Между всички тела на природата има безкраен процес на обмен на енергия. Телата непрекъснато излъчват и абсорбират енергия. Ако възбуждането на атомите възниква в резултат на техния сблъсък с други атоми на същото тяло в процеса на топлинно движение, тогава полученото електромагнитно излъчване се нарича топлинно.

Топлинното излъчване възниква при всяка температура. В този случай, независимо от температурата, тялото излъчва всички дължини на вълните без изключение, т.е. диапазон топлинно излъчванее непрекъсната и се простира от нула до безкрайност. Но колкото по-висока е температурата, толкова повече късовълновата радиация е основната в спектъра на излъчване. Процесът на излъчване на електромагнитни вълни от тялото протича едновременно и независимо от тяхното поглъщане.

Тяло, което напълно поглъща енергия в целия диапазон на дължината на вълната, т.е. за което α = 1 се нарича абсолютно черно (черно)

ЗАКОН НА ШТЕФАН-БОЛЦМАН. Законът за изместване на Виен

Стефан и Болцман получиха интегрален израз за енергийната светимост на черно тяло, който не взема предвид разпределението на енергията по дължини на вълните:

R \u003d σT 4, σ е константата на Стефан-Болцман (σ \u003d 5,6696 10 -8 W / (m 2 K 4)).

За сивите тела законът на Кирхоф ни позволява да запишем r λ = α λ ε λ , тогава за енергийната светимост на сивите тела имаме: .

Анализирайки кривите, Уин установи, че дължината на вълната, която отчита максималната спектрална плътност на енергийната светимост, се определя от връзката: .

Това е законът на Виен, където b = 0,28978·10 -2 m·K е константата на Виен.

Нека определим стойността на дължината на вълната, за която ε λ има максимална стойност при дадена температура, въз основа на съотношението. Съгласно правилата за намиране на екстремуми, това ще бъде предмет на . Изчисленията показват, че това ще стане, ако λ = b/T.

От връзката може да се види, че с повишаване на температурата дължината на вълната, която отчита максималната излъчвателна способност на напълно черно тяло, се измества към областта с къса дължина на вълната. Поради тази причина съотношението е известно в научна литературасъщо като закон за изместване на Виен. Този закон е валиден и за сивите тела.

Законите на Стефан-Болцман и Виен позволяват да се определят техните температури въз основа на измервания на енергията, излъчвана от тялото. Този дял от физиката се нарича оптична пирометрия.