Оптические свойства

Свойства коллоидных растворов

Капиллярная конденсация

Смачивание

Рассмотрим взаимодействие жидкости с твердым телом на границе раздела трех фаз: Ж-Г-Т или Ж-Г-Ж. Наблюдается искривление поверхности жидкости, пропитывание пористых тел или растекание жидкости по поверхности твердого или жидкого тела. Эти явления называются смачиванием. Следствием смачивания являются капиллярные явления: подъём жидкости в капиллярах и проникновение в капилляры пористых тел. Мерой смачивания является краевой угол J между плоскостью смачиваемой поверхности и плоскостью, касательной к поверхности жидкости (рис.4.1). Если J=0, то смачивание полное, если 0<J< 90⁰то смачивание неполное, если J> 90⁰, смачивание отсутствует. Смачивание стекла водой практически неограничено (J=0), а парафин водой не смачивается (J® 90⁰). Хорошо смачиваемые водой поверхности называют гидрофильными, плохо - гидрофобными.

Краевой угол смачивания зависит от соотношения энергий адгезии и когезии.

Поверхностное натяжение жидкости приводит к капиллярным явлениям: всасыванию жидкостей в узкие трубки (капилляры) или поры со смачиваемыми стенками и выталкиванию жидкостей из несмачиваемых капилляров (пор). За счет смачивания поверхности капилляра находящаяся в нем жидкость образует мениск вогнутой формы, давление насыщенного пара над ним ниже, чем над плоской поверхностью, поэтому возникает разность давлений, приводящая к поднятию поверхности жидкости на высоту h. Если жидкость не смачивает поверхность стекла, то мениск получается выпуклым и уровень жидкости в капилляре опускается на величину h. Капиллярное давление обратно пропорционально радиусу кривизны поверхности r (уравнение Лапласа):

P =2s/r.

При полном смачивании в узкой трубке радиус кривизны мениска практически равен радиусу капилляра r₀ и P = 2s/r₀; при полном несмачивании Р имеет ту же величину, но противоположно по знаку. При промежуточном значении краевого угла смачивания J радиус кривизны равен: r =r₀/cosJ и P =2scosJ/r.

Капиллярное всасывание определяет миграцию воды в почвах, грунтах и пористых материалах, влияет на сушку пористых материалов, на поведение воды и нефти в породах. Капиллярные явления важны при образовании зародышей новой фазы, например конденсации паров в жидкость, начала кипения жидкости, кристаллизации из насыщенных растворов и др.

Коллоидные растворы (золи) прозрачны в проходящем свете, но при их боковом освещении на темном фоне заметна опалесценция, то-есть матовое свечение. Если на пути источника света к раствору поставить линзу, то при наблюдении золя в поперечном направлении на темном фоне виден яркий световой конус (эффект Фарадея-Тиндаля). Причиной опалесценции является рэлеевское рассеяние световых лучей в микронеоднородной среде коллоидного раствора с размерами частиц, на порядок меньшими длины волны. Интенсивность рассеянного света пропорциональна объёму частиц дисперсной фазы и обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны. Этим объясняется голубой цвет неба: синяя часть солнечного спектра рассеивается сильнее, чем красная. Эффект Фарадея-Тиндаля используется для обнаружения коллоидных растворов.

Для золей характерно также явление оптической анизотропии - различия оптических свойств по разным направлениям. При отражении от коллоидных частиц рассеянный свет поляризуется, что обнаруживается при наблюдении через поляризационный светофильтр. Это явление зависит от внутреннего строения частиц, их формы или ориентации в растворе.

Дата добавления: 2014-01-07