Aký fyzikálny jav je zodpovedný za Tyndallov efekt? Rozptyl svetla. Rayleighov zákon. Tyndallov efekt. Molekulový rozptyl. Nefelometria. Použitie Tyndallovho efektu

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 stretneme. 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.

V jednom pohári s roztokom chloridu sodného a v druhom s hydrosólom vaječného bielka je ťažké určiť, kde je koloidný roztok a kde ten pravý, pretože obe kvapaliny vyzerajú bezfarebne a priehľadne (obr. 85). Tieto riešenia však možno ľahko rozlíšiť vykonaním nasledujúceho experimentu. Nasaďme si (stolovú lampu) nepriehľadné puzdro s otvorom, pred ktorý, 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.

Faradayov-Tyndallov efekt je teda jav identický s opalescenciou a líši sa od nej iba vo forme koloidného stavu, teda mikroheterogenity systému.

V roztokoch HMS nie je Faradayov-Tyndallov efekt veľmi jasne zistený v dôsledku skutočnosti, že index lomu solvatovaných častíc rozpustenej látky n sa len málo líši od indexu lomu rozpúšťadla Po, teda rozdiel n - o-O, a intenzita rozptylu svetla HMS roztokmi je nevýznamná (pozri kap. VII, 91). Z rovnakého dôvodu sa makromolekuly nedajú detegovať pod ultramikroskopom.

OPALECENCE A FARADEY-TYNDAL EFEKT

Zistilo sa, že pri prechode lúča svetla cez čistú vodu a iné čisté kvapaliny a cez čistý (t. j. bez kvapiek a kryštálov vody a prachu) vzduch a roztoky s nízkou molekulovou hmotnosťou rozpustenej látky dochádza k Faradayovmu-Tyndallovmu efektu. nepozorované, keďže sa u nich nepozoruje a opalescencia. Takéto médiá sa nazývajú opticky prázdne. V dôsledku toho bol Faradayov-Tyndallov efekt dôležitým nástrojom na detekciu koloidného stavu, t.j. mikroheterogenity systému.

Fenomén rozptylu svetla najmenšími časticami spočíva v

Tyndallov efekt Tyndallov efekt (Tyndallov rozptyl) Rozptyl svetla pri prechode svetelného lúča cez opticky nehomogénne médium. Zvyčajne sa pozoruje ako svetelný kužeľ (Tyndallov kužeľ) viditeľný na tmavom pozadí. Typické pre... Vysvetľujúce Anglicko-ruský slovník o nanotechnológii. - M.

Tyndallov efekt- Tindalio reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Faraday Tyndallov efekt; Tyndallov efekt vok. Faraday Tyndallov efekt, m; Tyndallov efekt, m rus. Tyndallov efekt, m; Faraday Tyndallov fenomén, n pranc. effet Faraday Tyndall, m; effet… … Fizikos terminų žodynas

Tyndallov efekt- pozri Tyndallov kužeľ... Chemické termíny

FENOMÉN TYNDAL- FENOMÉN, jav alebo efekt TYNDAL spočíva v tom, že jasný lúč svetla prechádzajúci cez niektoré priehľadné telesá a pozorovaný v smere kolmom na priebeh svetelných lúčov je viditeľný v príslušnom priehľadnom telese ako nejaký druh oblasti. .... Veľká lekárska encyklopédia

Ramanov rozptyl svetla (Ramanov efekt) je nepružný rozptyl optického žiarenia na molekulách látky (tuhej, kvapalnej alebo plynnej), sprevádzaný výraznou zmenou jeho frekvencie. Na rozdiel od Rayleighovho rozptylu v prípade ... ... Wikipedia

Vzhľad svetelného kužeľa na tmavšom pozadí (Tyndallov kužeľ) pri rozptyle svetla s vlnovou dĺžkou K v zakalenom prostredí s rozmermi h » 0,1l. Pomenovaný po Angličanoch fyzik J. Tyndall, ktorý objavil účinok; charakteristické pre koloidné ... ... Fyzická encyklopédia

Rozptyl svetla v zakalených médiách s veľkosťou nehomogenít rozptylu? 0,1 0,2 vlnových dĺžok svetla. Rozptýlený lúč svetla má pri pohľade zboku podobu modrastého kužeľa na tmavom pozadí (Tyndallov kužeľ). Naštudoval J. Tyndall (1868). Na…… Veľký encyklopedický slovník

Tyndallův rozptyl, Rozptyl svetla pri prechode svetelného lúča cez opticky nehomogénne prostredie. Zvyčajne sa pozoruje ako svetelný kužeľ (Tyndallov kužeľ) viditeľný na tmavom pozadí. Charakteristické pre roztoky koloidných systémov (Pozri ... ... Veľká sovietska encyklopédia

Rozptyl svetla v zakalených prostrediach s veľkosťou nehomogenít rozptylu Tyndallov efekt 0,1 0,2 vlnové dĺžky svetla. Rozptýlený lúč svetla má pri pohľade zboku podobu modrastého kužeľa na tmavom pozadí (Tyndallov kužeľ). Študoval J. Tyndall ... ... encyklopedický slovník

Rozptyl svetla v zakalených prostrediach s rozmermi nehomogenít rozptylu 0,1 0,2 vlnových dĺžok svetla. Rozptýlený lúč svetla má pri pohľade zboku podobu modrastého kužeľa na tmavom pozadí (Tyndallov kužeľ). Naštudoval J. Tyndall (1868). Na T. e... Prírodná veda. encyklopedický slovník

Ciele lekcie:

Vzdelávacie: oboznámiť žiakov s optickými vlastnosťami koloidných roztokov.

vyvíja sa: rozšíriť porozumenie žiakov o optických vlastnostiach koloidných roztokov. rozvíjať ich kognitívna aktivita a schopnosť zvýrazniť to hlavné vo vizuálnych informáciách.

Výchova: naďalej pestovať pozornosť, postreh, estetické cítenie, schopnosť narábať s technikou.

Vizuálne pomôcky: počítač, plátno, projektor.

Technológia: prednáška s využitím TCO (počítačovej techniky).

Etapy lekcie: I Organizačná časť

Rozptyl svetla v koloidných roztokoch. Tyndall-Faradayov efekt

Optické vlastnosti koloidných roztokov sú určené rozptylom svetla v koloidných roztokoch, farbou koloidných roztokov, absorpciou svetla koloidmi, odrazom svetla od povrchu častíc, ako aj ultramikroskopickými, elektrónovými mikroskopickými a röntgenovými vlastnosťami. Veľmi často sú koloidné systémy zafarbené. Farba sa mení v závislosti od stupňa disperzie, chemickej povahy častíc a ich tvaru, pretože tieto faktory ovplyvňujú rozptyl a adsorpciu svetla. Sóly kovov majúce vysoký stupeň disperzia, majú zvyčajne červenú alebo tmavožltú farbu a kovy s nízkym stupňom disperzie sú fialové alebo bledomodré. Napríklad pri vyššom stupni rýdzosti získavajú zlaté sóly červenú farbu a pri nízkom stupni fialovú a bledomodrú. Farba kovových sólov závisí aj od dĺžky absorbovanej svetelnej vlny. Svetelný lúč, hmla, dym sú bezfarebné. Modrá farba oblohy je spôsobená rozptylom slnečného svetla vo vrstvách vzduchu.

Ak je veľkosť častíc väčšia ako vlnová dĺžka svetla, potom sa podľa zákona geometrickej optiky svetlo odráža od povrchu častice. Ak sú však častice menšie ako vlnová dĺžka svetla, potom medzi pozorovanými optickými javmi dochádza k rozptylu svetla. Preto, keď svetlo prechádza cez koloidne rozptýlené a hrubo rozptýlené systémy, svetlo je rozptýlené časticami dispergovanej fázy. Ak nasmerujete lúč svetelného lúča na rozptýlený systém, jeho dráha je viditeľná pri pohľade zboku vo forme svetelného kužeľa. Tento jav študoval najprv Faraday a potom podrobnejšie Tyndall. Preto sa tento jav nazýva Tyndall-Faradayov efekt.

Na pozorovanie Tyndallovho-Faradayovho efektu sa dispergovaný systém (C) naleje do štvorstennej sklenenej nádoby (kyvety), pred kyvetu sa umiestni tmavý záves a osvetlí sa projekčnou lampou (A) (obr. 8). Pri tomto experimente vzniká svetelný kužeľ, ktorého príčinou je rozptyl svetla koloidnými časticami a v dôsledku toho sa každá častica zdá byť bodom, ktorý dáva svetlo. Proces rozptylu svetla malými časticami sa nazýva opalescencia. V skutočnosti vodné roztoky, v zmesi čistých kvapalín je svetlo rozptýlené v zanedbateľnom množstve a preto nie je pozorovaný Tyndall-Faradayov efekt. Dá sa to vidieť iba v špeciálnom zariadení. Niekedy navonok nie je možné rozlíšiť pravý roztok od koloidného a na zistenie, či je daný roztok koloidný alebo pravý roztok, sa používa Tyndall-Faradayov efekt. Intenzita Tyndallovho-Faradayovho efektu sa zvyšuje so zvyšovaním stupňa disperzie sólu a pri dosiahnutí určitého stupňa disperzie dosahuje maximum a následne klesá. V hrubo rozptýlených systémoch (vzhľadom na skutočnosť, že veľkosť častíc je väčšia ako vlnová dĺžka svetla) sa svetlo odráža od povrchu častice pod určitým uhlom a v dôsledku toho sa pozoruje odraz svetla.

Hrubo rozptýlené systémy rovnako odrážajú svetelné vlny rôzne dĺžky. Ak systém spadne biele svetlo, potom bude odrazené svetlo tiež biele.

Proces rozptylu svetelných vĺn koloidnými časticami závisí od dĺžky svetelnej vlny. Podľa Rayleighovho zákona je intenzita rozptylu svetla v koloidnom systéme v dôsledku difrakcie úmerná počtu častíc, druhej mocnine objemu častíc a je nepriamo úmerná štvrtej mocnine vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla. .

Tu J0? intenzita rozptýleného svetla, J? intenzita dopadajúceho svetla, v- číselná koncentrácia, V? objem častíc, n1- index lomu dispergovanej fázy, n2? index lomu disperzného prostredia, k je konštanta v závislosti od intenzity dopadajúceho svetla a od rozdielu medzi indexmi lomu dispergovanej fázy a disperzného prostredia, l- dĺžka svetelnej vlny, nm.

Význam n1 v tejto rovnici závisí od povahy látky. Ak n1 A n2 sú navzájom rovné, potom v takýchto systémoch nie je pozorovaný Tyndall-Faradayov efekt. Čím väčší je rozdiel medzi indexmi lomu dispergovanej fázy a disperzného média, tým zreteľnejšie sa pozoruje Tyndall-Faradayov efekt.

Rayleighova rovnica je použiteľná len pre také koloidné roztoky, v ktorých veľkosť častíc nie je väčšia ako 0,1 vlnovej dĺžky svetla. Z rovnice je vidieť, že intenzita rozptylu svetla je nepriamo úmerná štvrtej mocnine vlnovej dĺžky a preto sa pri procese rozptylu tvoria kratšie vlny. Preto pri bočnom osvetlení koloidného roztoku polychromatickým (bielym) svetlom majú koloidné roztoky modrastú farbu.

Rozptyl svetla. Z klasického hľadiska je rozptyl svetla ten

Elektromagnetické vlny prechádzajúce hmotou spôsobujú oscilácie elektrónov v atómoch. Vysvetlenie: ak je veľkosť častíc malá, potom elektróny, ktoré tvoria

vynútené vibrácie v atómoch sú ekvivalentné kmitajúcemu dipólu. Tento dipól kmitá s frekvenciou svetelnej vlny, ktorá naň dopadá. Preto je krátkovlnná časť spektra rozptýlená oveľa intenzívnejšie ako dlhovlnná časť. Modré svetlo sa rozptyľuje takmer 5-krát intenzívnejšie ako červené. Preto je rozptýlené svetlo modré a prechádzajúce svetlo je červenkasté. Vo veľmi vysokých nadmorských výškach (stovky kilometrov) je koncentrácia molekúl atmosféry veľmi nízka, rozptyl prakticky zmizne, obloha by sa mala javiť ako čierna a v prítomnosti Slnka sú viditeľné hviezdy. O vesmírne lety Všetky tieto predpovede sa úplne potvrdili.

Rayleighov-Jeansov zákon je zákon žiarenia pre rovnovážnu hustotu žiarenia čierneho telesa a pre emisivitu čierneho telesa.

Tyndallov efekt, Tyndallov rozptyl (angl. Tyndallov efekt) - optický efekt, rozptyl svetla pri prechode svetelného lúča cez opticky nehomogénne prostredie. Zvyčajne sa pozoruje ako svetelný kužeľ (Tyndallov kužeľ) viditeľný na tmavom pozadí.

Je typický pre roztoky koloidných systémov (napríklad sóly, kovy, riedené latexy, tabakový dym), v ktorých sa častice a ich prostredie líšia indexom lomu.

Nefelometria je metóda výskumu a analýzy látky podľa intenzity svetelného toku rozptýleného suspendovanými časticami danej látky.

Podstata metódy

Intenzita rozptýleného svetelného toku závisí od mnohých faktorov, najmä od koncentrácie častíc v analyzovanej vzorke. Veľký význam v nefelometrii má objem častíc, ktoré rozptyľujú svetlo. Dôležitou požiadavkou pre reakcie používané v nefelometrii je, že reakčný produkt musí byť prakticky nerozpustný a musí ísť o suspenziu (suspenziu). Na udržanie pevných častíc v suspenzii sa používajú rôzne stabilizátory (napr. želatína), aby sa zabránilo koagulácii častíc.

50. Tepelné žiarenie telies. Zákony žiarenia čierneho telesa (Stefan-Boltzmann, Wien).

Medzi všetkými telesami prírody prebieha nekonečný proces výmeny energie. Telá neustále vyžarujú a absorbujú energiu. Ak k excitácii atómov dôjde v dôsledku ich zrážky s inými atómami toho istého telesa v procese tepelného pohybu, potom sa výsledné elektromagnetické žiarenie nazýva tepelné.

Tepelné žiarenie vzniká pri akejkoľvek teplote. V tomto prípade, bez ohľadu na teplotu, telo vyžaruje všetky vlnové dĺžky bez výnimky, t.j. rozsah tepelné žiarenie je spojitá a siaha od nuly do nekonečna. Čím je však teplota vyššia, tým viac krátkovlnného žiarenia je hlavným v spektre žiarenia. Proces vyžarovania elektromagnetických vĺn telom prebieha súčasne a nezávisle s ich absorpciou.

Teleso, ktoré úplne absorbuje energiu v celom rozsahu vlnových dĺžok, t.j. pre ktorú α = 1 sa nazýva absolútne čierna (čierna)

ZÁKON STEFANA-BOLTZMANNA. Wienov vysídlený zákon

Stefan a Boltzmann získali integrálny výraz pre energetickú svietivosť čierneho telesa, ktorý nezohľadňuje rozloženie energie na vlnových dĺžkach:

R \u003d σT 4, σ je Stefan-Boltzmannova konštanta (σ \u003d 5,6696 10-8 W / (m 2 K 4)).

Pre sivé telesá Kirchhoffov zákon umožňuje zapísať r λ = α λ ε λ, potom pre energetickú svietivosť sivých telies platí: .

Analýzou kriviek Win zistil, že vlnová dĺžka, ktorá zodpovedá za maximálnu spektrálnu hustotu svetelnej energie, je určená vzťahom: .

Toto je Wienov zákon, kde b = 0,28978·10 -2 m·K je Wienova konštanta.

Určme na základe pomeru hodnotu vlnovej dĺžky, pre ktorú má ε λ maximálnu hodnotu pri danej teplote. Podľa pravidiel pre vyhľadávanie extrémov to bude podliehať . Výpočty ukazujú, že k tomu dôjde, ak λ = b/T.

Zo vzťahu je vidieť, že so zvyšujúcou sa teplotou sa vlnová dĺžka, ktorá zodpovedá za maximálnu emisivitu úplne čierneho telesa, posúva do oblasti krátkych vlnových dĺžok. Z tohto dôvodu je pomer známy v vedeckej literatúry aj ako viedenský vysídľovací zákon. Tento zákon platí aj pre sivé telá.

Stefan-Boltzmannov a Wienov zákon umožňujú určiť ich teploty na základe meraní energie vyžarovanej telesom. Toto odvetvie fyziky sa nazýva optická pyrometria.