Оптические свойства дисперсных систем

СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ.

Оптические свойства дисперсных систем обусловлены взаимодействием электромагнитного излучения, обладающего определенной энергией, с частицами дисперсной фазы. Особенности оптических свойств дисперсных систем определяются природой частиц, их размерами, соотношением между длиной волны электромагнитного излучения и размерами частиц. Одним из характерных оптических свойств является рассеяние света.

В зависимости от свойств частиц дисперсной фазы и их размеров свет, проходя через дисперсную систему, может поглощаться, отражаться или рассеиваться.

Оптические свойства дисперсных систем.

Характерное свойство коллоидных растворов – их прозрачность. Коллоидные растворы внешне похожи на истинные растворы. Их отличают от последних по образующейся “светящейся дорожке” – конусу при пропускании через них луча света. Это явление называют эффектом Тиндаля. Более крупные, чем в истинном растворе, частицы дисперсной фазы золя отражают свет от своей поверхности, и наблюдатель видит в сосуде с коллоидным раствором светящийся конус. В истинном растворе он не образуется. Аналогичный эффект, но только для аэрозольного, а не жидкого коллоида, вы можете наблюдать в лесу и в кинотеатрах при прохождении луча света от киноаппарата через воздух кинозала.

Пропускание луча света через растворы;

а – истинный раствор хлорида натрия;

б – коллоидный раствор гидроксида железа.

При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления:

· прохождение света частицами дисперсной фазы;

· преломление света частицами дисперсной фазы (если эти частицы прозрачны);

· отражение света частицами дисперсной фазы (если частицы непрозрачны);

· рассеяние света;

· адсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую.

Характер наблюдаемых явлений зависит от размеров частиц дисперсной фазы и их соотношения с длиной волны (λ) падающего света. Прохождение света наблюдается для прозрачных систем, в которых частицы много меньше длины волны падающего света (r<<λ). Преломление и отражение света наблюдается для систем, в которых частицы много больше длины волны падающего света (r>>λ). Визуально это явление выражается в мутности этих систем.

Рассеяние света наблюдается для систем, в которых частицы дисперсной фазы меньше, но соизмеримы с длиной волны падающего света (r ≈ 0.1 λ). Именно такое соотношение выполняется для коллоидных растворов.

Белый свет (дневной, солнечный свет) полихроматичен, длина волны меняется от 4·10-7м (фиолетовый свет) до 7·10-7м (красный свет). Интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени. Это означает, что при прохождении через коллоидный раствор пучка белого света преимущественно рассеиваются короткие волны – синей и фиолетовой части спектра. Поэтому бесцветный золь в рассеянном свете имеет голубоватую окраску, а в проходящем свете - красноватую. Это явление различной окраски коллоидного раствора в проходящем и рассеянном (отраженном) свете называется опалесценцией. При увеличении размера частиц зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны уменьшается.

В случае окрашенных растворов происходит наложение собственной окраски и окраски, вызванной опалесценцией (явление дихроизма света).

Все металлические золи уравнению Рэлея не починяются, так как их частицы сильно поглощают свет. Оптические свойства коллоидных систем используют при изучении размеров, формы, структуры и концентрации коллоидных частиц

Дисперсные системы способны к рассеянию света. В результате рассеяния проходящий через коллоидный раствор луч света становится видимым.Этот вид рассеяния называется опалесценцией (в молекулярных и ионных растворах этот эффект не наблюдается).

. Схематически процесс рассеяния света выглядит так:

Р и с. 1. Иллюстрация эффекта Тиндаля

Так как частицы коллоидных систем имеют размеры не более 10^-7 м, а длина лучей видимого света находится в пределах от 4·10^-7 м (фиолетовая область) до 7 10^-7м (красная область), то в коллоидных системах наблюдается только светорассеяние, а не отражение световых лучей (как в грубодисперсных системах).

Сущность процесса светорассеяния состоит в том, что световой луч, встречая на своем пути частицу как бы огибает ее и несколько изменяет свое направление. В коллоидных растворах светорассеяние проявляется в виде опалесценции – матового свечения чаще всего голубоватых оттенков.

Теория светорассеяния была разработана Д. Рэлеем.

Дата добавления: 2014-01-05