Оптические свойства дисперсных систем

Оптические свойства дисперсных систем интересны тем, что интенсивность многих на них является максимальной в коллоидной области дисперсности. Это особенность связана с тем, что длина световых волн видимой части спектра (400 – 760) м сопоставима по всей величине с размерами коллоидных частиц.

В основе оптических свойств высокодисперсных систем лежат два сложных световых явлений – светорассеяние (опалесценсия) к поглощение (абсорбции) света.

Рассеяние света в грубодисперсных системах (обычных суспензиях и эмульсиях) обусловливается следующими тремя основными причинами:

а) отражением световых волн от наружных поверхностей частиц;

б) преломлением (в случае прозрачностидисперсной фазы);

в) полным внутренним отражением (также в случае прозрачности вещества частиц).

В силу хаотичности расположения поверхностей у огромного числа отражающих и преломляющих частиц рассеяние света происходит равномерно по всем направлениям. Такой вид рассеяния определяет появление мутности в суспензиях и эмульсиях.

Рассеяние света в ультрамикрогетерогенных (коллоидных) системах, в которых размер взвешенных частиц меньше длины полуволны света (r 0,52), происходит по другим законам. Здесь имеет место дифракция света, которая заключается в способности света при встрече с мелкими препятствиями (в виде частиц малых размеров) вопреки прямолинейности его распростронения как бы обходит (огибать) эти препятствия и частично рассеиваться в значительно менее интенсивных (но с той же чистотой) волн,расходящихся по всем направлениям. Таким образом, каждое такое препятствие становится источником новых – вторичных волн. Именно этот вид светорассеяния и обусловливает такие оптические свойства, как опалесценция и эффект Фарадея – Тиндаля.

Опалесценция – явление, свойственное приимущественно золям и наблюдаемое тольков отраженном свете, т.е. сбоку или на темном фоне.выражается оно в появлении некоторой мутноватости золя и в смене («переливах») его окраски по сравнению с окраской в проходящем свете. При этом окраска в отраженном свете сдвинута в сторону более коротких волн. Мутность при опаласценции не следует смешивать с мутностью в грубодисперсных системах, которая заметна и в проходящем свете.

Эффект Фарадея – Тиндаля – явление рассеяния света, совершенно идентичное опалесценции. Оно отличается от нее только способом наблюдения и заключается в появлении светящегос (опалесцирующего) конуса при прохождении света через коллоидные системы, наблюдаемого сбоку из затемненного пространства.

Теория светорассеяния,разработанная Рэлеем, устанавливает зависимость интенсивности святорассеяния от внутренних и внешних факторов:

где – интенсивности падающего и рассеянного света соответственно; F – функция показателей преломления; - концентрация частиц в единице объема системы (частичная концентрация);

Функция F определяется соотношением:

где и - соответственно показатели преломления вещества дисперсной фазы и дисперсной среды.

Уравнение Рэлея может быть использовано для определения размеров частиц сферической формы, если их радиус r не превышает 1/20 длины волны λ падающего света. Опытная проверка уравнения показала, что оно применимо для неметалических частиц с размером от 5 до 100* м. С увелечением размеров частиц закон Рэлея перестает соблюдаться и интенсивность рассеянного света становится обратно пропорциональной длине волны в степени меньшей, чем четвертая (для частиц с размерами (100 – 150 м – в третьей степени, для частиц с размерами (150 – 250) м – во второй степени). Для частиц еще больших размеров интенсивность рассеянного света перестает зависеть от длины волны падающего света. В этих случаях пользуются либо уравнениями, вытекающими из общей теории светорассеяния, либо эиперическими соотношениями (см. ниже – в эксперементальной части работы).

Кроме того, при выводе равнения (29) принималось, что частицы дисперсной системы не поглащают свет. В деюйствительности, многие коллоидные системы имеют определенную окраску, что указывает на поглащение ими света в определенной области спектра. Это значит, что золь кажется окрашенным в цвет, дополнительный поглощенному. Например, поглащая синию часть (435 -480 нм) видимого спектра (400 – 760 нм) золь оказывается желтым; при поглащении сине – зеленой части (490 – 500 нм) он принимает красную окраску. Золи могут быть бесцветными или же иметь окраску, интенсивности которой изменяется в зависимости от концентрации дисперсной фазы или размер частиц. Например, гидрозоли кремнезема, глинозема, оксида олова, канифоли бесцветны – ни могут только рассеивать свет. Золи сульфида мышьяка и гидроокиси железа имеют желтую окраску различного оттенка, которая переходит в коричневую при увеличении конценрации частиц в гидрозолях. Золи сульфида мышьяка имееют оранжево – красную окраску в зависимости от концентрации дисперсной фазы; золи золота изменяют окраску (в зависимости от размера частиц дисперсной фазы) от ярко – красного до фиолетового цвета.

Дата добавления: 2014-12-16