Ce fenomen fizic este responsabil pentru efectul Tyndall? Răspândirea luminii. legea lui Rayleigh. Efectul Tyndall. Difuzarea moleculară. Nefelometrie. Aplicarea efectului Tyndall

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 distinse cu ușurință 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 până 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.

Un pahar cu soluție de clorură de sodiu, iar celălalt cu 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. 85). Cu toate acestea, aceste soluții pot fi distinse cu ușurință făcând următorul experiment. Să punem (o lampă de masă) o carcasă opacă cu orificiu în fața căreia, pentru a obține un fascicul de lumină mai îngust și mai strălucitor, punem o lentilă. 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.

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.

În soluțiile HMS, efectul Faraday-Tyndall nu este detectat foarte clar datorită faptului că indicele de refracție al particulelor solvatate ale solutului n diferă puțin de indicele de refracție al solventului Po, prin urmare diferența n - o-O și intensitatea împrăștierii luminii prin soluțiile HMS este nesemnificativă (vezi Cap. VII, 91). Din același motiv, macromoleculele nu pot fi detectate sub un ultramicroscop.

OPALECENTA SI EFECTUL FARADEY-TYNDAL

S-a constatat că atunci când trece un fascicul de lumină prin apă pură și alte lichide pure și prin aer pur (adică, lipsit de picături și cristale de apă și praf) și soluții cu o substanță dizolvată cu greutate moleculară mică, efectul Faraday-Tyndall este nu se observă, întrucât nu se observă în ele și opalescență. Astfel de medii sunt numite optic goale. În consecință, efectul Faraday-Tyndall a fost un instrument important pentru detectarea stării coloidale, adică a microeterogeneității sistemului.

Fenomenul de împrăștiere a luminii de către cele mai mici particule constă în

Efectul Tyndall Efectul Tyndall (difuzarea Tyndall) Împărțirea 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. Tipic pentru... Explicativ Dicționar englez-rus pe nanotehnologie. - M.

Efectul Tyndall- Tindalio reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. efect Faraday Tyndall; Efectul Tyndall vok. Faraday Tyndall Effect, m; Efectul Tyndall, domnule. efect Tyndall, m; Fenomenul Faraday Tyndall, n pranc. efect Faraday Tyndall, m; efect… … Fizikos terminų žodynas

Efectul Tyndall- vezi conul lui Tyndall... Termeni chimici

FENOMEN TINDAL- FENOMENUL TINDAL, fenomen sau efect, constă în faptul că un fascicul luminos de lumină care trece prin unele corpuri transparente și privit într-o direcție perpendiculară pe cursul razelor de lumină este vizibil în corpul transparent corespunzător ca un fel de regiune. ... ... Marea Enciclopedie Medicală

Imprăștirea Raman a luminii (efectul Raman) este împrăștierea inelastică a radiației optice pe moleculele unei substanțe (solide, lichide sau gazoase), însoțită de o modificare vizibilă a frecvenței acesteia. Spre deosebire de împrăștierea Rayleigh, în cazul ... ... Wikipedia

Apariția unui con luminos pe fond mai întunecat (conul lui Tyndall) la împrăștierea luminii cu lungimea de undă K într-un mediu tulbure cu dimensiunile h » 0,1l. Numit după englezi fizicianul J. Tyndall, care a descoperit efectul; caracteristică coloidalului ...... Enciclopedia fizică

Imprăștirea luminii în medii tulburi cu dimensiuni ale neomogenităților de împrăștiere? 0,1 0,2 lungimi de undă ale luminii. Fasciculul de lumină împrăștiat, văzut din lateral, are forma unui con albăstrui pe un fundal întunecat (conul lui Tyndall). Studiat de J. Tyndall (1868). Pe… … Dicţionar enciclopedic mare

Imprăștirea Tyndall, împrăștierea luminii în timpul trecerii unui fascicul de lumină printr-un mediu optic neomogen. Este de obicei observat ca un con luminos (conul lui Tyndall) vizibil pe un fundal întunecat. Caracteristic pentru soluțiile sistemelor coloidale (vezi ... ... Marea Enciclopedie Sovietică

Difuzarea luminii în medii tulburi cu dimensiuni ale neomogenităților de împrăștiere Efect Tyndall 0,1 0,2 lungimi de undă ale luminii. Fasciculul de lumină împrăștiat, văzut din lateral, are forma unui con albăstrui pe un fundal întunecat (conul lui Tyndall). Studiat de J. Tyndall ...... Dicţionar enciclopedic

Difuzarea luminii în medii tulburi cu dimensiuni ale neomogenităților de împrăștiere de 0,1 0,2 lungimi de undă de lumină. Fasciculul de lumină împrăștiat, văzut din lateral, are forma unui con albăstrui pe un fundal întunecat (conul lui Tyndall). Studiat de J. Tyndall (1868). Pe T. e... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic

Obiectivele lecției:

Educational: pentru a familiariza elevii cu proprietăţile optice ale soluţiilor coloidale.

În curs de dezvoltare: extinde înțelegerea de către elevi a proprietăților optice ale soluțiilor coloidale. dezvolta-le activitate cognitivăși capacitatea de a evidenția principalul lucru în informațiile vizuale.

Hrănirea: continuă să cultivi atenția, observația, sentimentele estetice, capacitatea de a manipula tehnologia.

Ajutoare vizuale: computer, ecran, proiector.

Tehnologie: prelegere folosind TCO (tehnologia computerului).

Etapele lecției: I Partea organizatorica

Difuzarea luminii în soluții coloidale. Efectul Tyndall-Faraday

Proprietățile optice ale soluțiilor coloidale sunt determinate de împrăștierea luminii în soluțiile coloidale, de culoarea soluțiilor coloidale, de absorbția luminii de către coloizi, de reflectarea luminii de către suprafața particulelor, precum și de proprietățile ultramicroscopice, microscopice electronice și de raze X. Foarte des sistemele coloidale sunt colorate. Culoarea se schimbă în funcție de gradul de dispersie, natura chimică a particulelor și forma lor, deoarece acești factori afectează împrăștierea și adsorbția luminii. Solurile metalelor având un grad înalt dispersie, au de obicei o culoare roșie sau galben închis, iar metalele cu un grad scăzut de dispersie sunt violet sau albastru pal. De exemplu, cu un grad mai mare de finețe, solurile de aur capătă o culoare roșie, iar cu un grad scăzut, violet și albastru pal. Culoarea solurilor metalice depinde și de lungimea undei luminoase absorbite. Faza reflectoarelor, ceața, fumul sunt incolore. Culoarea albastră a cerului se datorează împrăștierii luminii soarelui în straturile de aer.

Dacă dimensiunea particulei este mai mare decât lungimea de undă a luminii, atunci, conform legii opticii geometrice, lumina este reflectată de pe suprafața particulei. Cu toate acestea, dacă particulele sunt mai mici decât lungimea de undă a luminii, atunci printre fenomenele optice observate are loc împrăștierea luminii. Prin urmare, atunci când lumina trece prin sisteme dispersate în coloizi și dispersate grosier, lumina este împrăștiată de particulele fazei dispersate. Dacă direcționați un fascicul al unui fascicul de lumină către un sistem dispers, traseul acestuia este vizibil atunci când este privit din lateral sub forma unui con luminos. Acest fenomen a fost studiat mai întâi de Faraday, iar apoi mai detaliat de Tyndall. Prin urmare, acest fenomen se numește efect Tyndall-Faraday.

Pentru a observa efectul Tyndall-Faraday, sistemul dispersat (C) este turnat într-un recipient de sticlă tetraedric (cuvetă), o perdea întunecată este plasată în fața cuvei și iluminată cu o lampă de proiecție (A) (Fig. 8). În acest experiment, se formează un con luminos, a cărui cauză este împrăștierea luminii de către particulele coloidale și, ca urmare, fiecare particulă pare a fi un punct care dă lumină. Procesul de împrăștiere a luminii prin particule minuscule se numește opalescență. Într-adevăr solutii apoase, într-un amestec de lichide pure, lumina este împrăștiată în cantități neglijabile și de aceea nu se observă efectul Tyndall-Faraday. Poate fi văzut doar într-un dispozitiv special. Uneori, în exterior, nu este posibil să distingem o soluție adevărată de una coloidală și pentru a stabili dacă o soluție dată este un coloid sau o soluție adevărată, se folosește efectul Tyndall-Faraday. Intensitatea efectului Tyndall-Faraday crește odată cu creșterea gradului de dispersie a solului, iar când se atinge un anumit grad de dispersie, acesta atinge un maxim și apoi scade. În sistemele cu dispersie grosieră (datorită faptului că dimensiunea particulei este mai mare decât lungimea de undă a luminii), lumina este reflectată de la suprafața particulei la un anumit unghi și, ca urmare, se observă reflexia luminii.

Sistemele grosier dispersate reflectă în mod egal unde luminoase lungimi diferite. Dacă sistemul cade lumină albă, atunci lumina reflectată va fi și ea albă.

Procesul de împrăștiere a undelor luminoase de către particulele coloidale depinde de lungimea undei luminoase. Conform legii Rayleigh, intensitatea împrăștierii luminii într-un sistem coloidal, datorită difracției, este proporțională cu numărul de particule, pătratul volumului particulei și este invers proporțională cu puterea a patra a lungimii de undă a luminii incidente. .

Aici J0? intensitatea luminii dispersate, J? intensitatea luminii incidente, v- concentrația numerică, V? volumul particulelor, n1- indicele de refracție al fazei dispersate, n2? indicele de refracție al mediului de dispersie, k este o constantă în funcție de intensitatea luminii incidente și de diferența dintre indicii de refracție ai fazei dispersate și mediul de dispersie; l- lungimea undei luminoase, nm.

Sens n1în această ecuație depinde de natura substanței. Dacă n1Și n2 sunt egale între ele, atunci în astfel de sisteme efectul Tyndall-Faraday nu este observat. Cu cât diferența dintre indicii de refracție ai fazei dispersate și ai mediului de dispersie este mai mare, cu atât se observă mai clar efectul Tyndall-Faraday.

Ecuația Rayleigh este aplicabilă numai pentru astfel de soluții coloidale în care dimensiunea particulelor nu este mai mare de 0,1 lungime de undă a luminii. Din ecuație se poate observa că intensitatea împrăștierii luminii este invers proporțională cu puterea a patra a lungimii de undă și, prin urmare, se formează unde mai scurte în timpul procesului de împrăștiere. Prin urmare, la iluminarea laterală a unei soluții coloidale cu lumină policromatică (albă), soluțiile coloidale au o culoare albăstruie.

Răspândirea luminii. Din punct de vedere clasic, împrăștierea luminii este aceea

Undele electromagnetice care trec prin materie provoacă oscilații ale electronilor în atomi. Explicație: dacă dimensiunea particulelor este mică, atunci electronii care produc

vibrațiile forțate în atomi sunt echivalente cu un dipol oscilant. Acest dipol oscilează cu frecvența undei luminoase incidente pe el. Prin urmare, partea cu lungime de undă scurtă a spectrului este împrăștiată mult mai intens decât partea cu lungime de undă lungă. Lumina albastră se împrăștie de aproape 5 ori mai intens decât roșu. Prin urmare, lumina împrăștiată este albastră, iar lumina transmisă este roșiatică. La altitudini foarte mari (sute de kilometri), concentrația de molecule atmosferice este foarte scăzută, împrăștierea practic dispare, cerul ar trebui să apară negru, iar stelele sunt vizibile în prezența Soarelui. La zboruri spatiale Toate aceste previziuni au fost complet confirmate.

Legea Rayleigh-Jeans este legea radiației pentru densitatea radiației de echilibru a unui corp negru și pentru emisivitatea unui corp negru.

Efectul Tyndall, Tyndall scattering (ing. Tyndall effect) - un efect optic, difuzarea 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, soluri, metale, latexuri diluate, fum de tutun), în care particulele și mediul lor diferă ca indice de refracție.

Nefelometria este o metodă de cercetare și analiză a unei substanțe prin intensitatea fluxului de lumină împrăștiat de particulele în suspensie ale unei substanțe date.

Esența metodei

Intensitatea fluxului de lumină împrăștiată depinde de mulți factori, în special de concentrația particulelor din proba analizată. Mare importanțăîn nefelometrie, are volumul de particule care împrăștie lumina. O cerință importantă pentru reacțiile utilizate în nefelometrie este ca produsul de reacție să fie practic insolubil și să fie o suspensie (suspensie). Pentru a menține particulele solide în suspensie, diverși stabilizatori (de exemplu gelatina) sunt utilizați pentru a preveni coagularea particulelor.

50. Radiația termică a corpurilor. Legile radiației corpului negru (Stefan-Boltzmann, Wien).

Între toate corpurile naturii există un proces nesfârșit de schimb de energie. Corpurile emit și absorb continuu energie. Dacă excitarea atomilor are loc ca urmare a ciocnirii lor cu alți atomi ai aceluiași corp în procesul de mișcare termică, atunci radiația electromagnetică rezultată se numește termică.

Radiația termică apare la orice temperatură. În acest caz, indiferent de temperatură, corpul emite toate lungimile de undă fără excepție, adică. gamă Radiație termala este continuă și se extinde de la zero la infinit. Cu toate acestea, cu cât temperatura este mai mare, cu atât radiația de unde scurte este mai mare în spectrul radiațiilor. Procesul de emisie a undelor electromagnetice de către organism are loc simultan și independent cu absorbția acestora.

Un corp care absoarbe complet energie în întregul interval de lungimi de undă, de exemplu. pentru care α = 1 se numește absolut negru (negru)

LEGEA STEFAN-BOLTZMANN. Legea deplasării lui Wien

Stefan și Boltzmann au obținut o expresie integrală pentru luminozitatea energetică a unui corp negru, care nu ia în considerare distribuția energiei pe lungimi de undă:

R \u003d σT 4, σ este constanta Stefan-Boltzmann (σ \u003d 5,6696 10 -8 W / (m 2 K 4)).

Pentru corpurile gri legea lui Kirchhoff ne permite să scriem r λ = α λ ε λ , atunci pentru luminozitatea energetică a corpurilor gri avem: .

Analizând curbele, Win a descoperit că lungimea de undă, care reprezintă densitatea spectrală maximă a luminozității energetice, este determinată de relația: .

Aceasta este legea lui Wien, unde b = 0,28978·10 -2 m·K este constanta lui Wien.

Să determinăm valoarea lungimii de undă pentru care ε λ are o valoare maximă la o temperatură dată, pe baza raportului. Conform regulilor de găsire a extremelor, aceasta va fi supusă . Calculele arată că aceasta va avea loc dacă λ = b/T.

Se poate observa din relația că, odată cu creșterea temperaturii, lungimea de undă, care reprezintă emisivitatea maximă a unui corp complet negru, se deplasează în regiunea cu lungime de undă scurtă. Din acest motiv, raportul este cunoscut în literatura stiintifica de asemenea ca legea deplasării a lui Wien. Această lege este valabilă și pentru corpurile gri.

Legile Stefan-Boltzmann și Wien fac posibilă determinarea temperaturilor lor pe baza măsurătorilor energiei radiate de un corp. Această ramură a fizicii se numește pirometrie optică.