Химиялық термодинамиканың негізі § термодинамиканың бірінші заңы термодинамикалық түсініктер мен анықтамалар
жүктеу/скачать 0,9 Mb.
|
| § 5. ОПТИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕР
Дисперсті системалардың оптикалық қасиеттерін зерттеу ондағы бөлшектердің құрылымын, түрін, өлшемін және концентрациясын анықтауға септеледі. Коллоидты ерітінділердің оптикалык, және молекулалық-кинетикалық қасиеттерін біріктіріп, өзара ұштастырып зерттеген нәтижелі. Дисперсті системадағы электромагнитті жарық толқынының қозғалысын қарастырайық. Дисперстік ортадан өтетін жарық бөлшектермен әрекеттесіп, жұтылады, шағыласады немесе шашырайды. Жарықтың бөлшек бетіне тиіп, онан шағылысуы оптиканың геометриялық заңы бойынша, яғни толқын ұзындығы бөлшек өлшемінен кіші болса ғана жүзеге асады. Спектрдің көрінетін бөлігі үшін бұл шарт ірі дисперсті системаларда ғана сақталады. Ал, бөлшек өлшемі толқын ұзындығынан едәуір кіші болатын коллоидты системаларға басқа жарық шашырату құбылысы тән. Дисперсті система арқылы өткен жарық сәуленің интенсивтілігі біршама төмендейді және бұл бірден екі процесті тудырады: жұту жәие шашырату. Жарық жұтылған кезде оның энергиясы жылуға айналады. Боялған орталардың көмегімен жарық жұтудың негізгі заңдылығын Ламберт пен Беер анықтаған. Ламберт заңына орай, ерітіндінің өте жұқа қабаты арқылы өтетін жарық интенсивтілігінің өзгеруі, өзі өткен ерітінді қабатының қалыңдығына тура пропорционалды, ал Беер заңына сәйкес ерітіндіде еріген зат концентрациясының жоғарылауы ерітінді қабатының калыңдығы сияқты әсер етеді. Ламберт және Беер заңын дифференциалды тұрғыдан біріктіріп өрнектеуге болады: dI=KC·dx (37) мұндағы dI — өткен жарық интенсивтілігі; K — пропорционалдық коэффициенті; С — ерітінді концентрациясы, dх — жарық өткен ерітінді қабатының қалыңдығы. Бұл теңдеудің интегралдық түрі: 38 немесе 39 мұндағы I0 — ерітіндіге түскен жарық интенсивтілігі; I — ерітіндіден шыққан жарықтың интенсивтілігі. Осы тұста ескерте кететін бір жай бар: егер ерітінді концентрациясын өзгерткенде еріген зат диссоциацияланбаса немесе агрегацияланбаса, онда Ламберт-Беердің біріккен заңы орындалады. (199) теңдеудің оң жағындағы бөлігін (lgI0/I) оптикалық тығыздық деп атайды. Ондағы пропорционалдық коэффициентін көбінесе жарық жұтудың молекулалық коэффициенті деп те айтады және оны ерітінді концентрациясы мен қабат қалыңдығы 1-ге тен болатын жағдайда оптикалық тығыздық ретінде қабылдайды. Жарықтың жұтылу заңын жоғарыдағы шарт орындалған жағдайда, яғни молекулалар мен бөлшектерде диссоциация мен агрегация жүрмегенде ғана дисперсті және коллоидты системаларға қолда-дануға болады екен. Дисперсті системаларға тән оптикалық кұбылыс — жарықтың шашырауы. Жарық шашыраған кезде түскен сәуле энергиясы жылуға айналмастан, оны бөлшектер әр түрлі бағытта қайтадан шығарады. Сондықтан да шашыраған жарықты қараңғы фонға қарсы бүйірінен байқауға болады. Жарықтың шашырауын жүйелі түрде зерттеу XIX ғасырдың ортасында басталды (1852 ж. Брюкке; 1857 ж. Фарадей; 1869 ж. Тиндаль). Әсіресе, жарық шашырауын Тиндаль өте тиянақты және нақтылы зерттеді, ол сондай-ақ, жарық шашырауын байқаудың бірден-бір жеңіл де қарапайым әдісін ұсынды. Тиндаль әдісі бойынша коллоидты ерітіндіні қараңғы жерге орналастырып, оның бүйір жағынан жарық сәулесін түсіреді. Осындағы бүйір жағынан көрінетін сәуле Тиндаль конусы деп аталды. Жарықтың шашырау теориясын Релей (1871 —1899 ж.) зерттеген. Оның бұл теориясын бөлшек өлшемі түсетін жарық толқынының ұзындығынан бірнеше есе кіші, шар тәрізді, ток өткізбейтін системаларға қолдануға болады. Жарық толқыны электр өрісінің әсерінен зольдегі диэлектрлік бөлшектерде индуцирленген дипольдер пайда болып, олардың өздері де сәуле таратады деген жорамал бар. Бөлшектер шашырататын жарықтың интенсивтілігін (S1) келесі формула бойынша анықтауға болады: 40 мұндағы Ө — түсетін жарық шоғы мен шашыраған жарық шоғының бағыттары аралығындағы бұрыш; / — шар тәрізді бөлшек пен жарық шашырауын бақылайтын окулярге дейінгі аралық; V — бөлшек көлемі; λ — жарық толқынының ұзындығы; I0—жарық интенсивтілігі; n1 және n0— коллоиды бөлшек пен оны қоршаған ортаның сыну көрсеткіштері. Барлық бағытқа бөлшек шашыратқан жарықтың толық интенсивтілігін мына формуламен есептейді: 41 Егер берілген коллоидты системадан бірлік өлшемдегі көлемді ойша бөліп алсақ және осы көлемде N1 бөлшек болып, олар бір-бірінен алыс орналасса, оларға электр өрісі әсер өтпейтін болса, онда осы бірлік өлшемді көлем шашыратқан жарық интенсивтілігі төмендегідей: 42 Релей теңдеуінен (40), (41) коллоидты системалардағы бөлшек іріленген сайын, жарықтың шашырауы күшейетінін көруге болады. Әйтсе де бұл теория бойынша бөлшек өлшемі толқын ұзын-дығының '/20-інен аспауы қажет екенін ескерген жөн. Жарықтың шашырауына толқын ұзындығы күшті әсер етеді. Сондай-ақ (40) және (41) теңдеулердегі толқын ұзындығының төртінші дәрежеде және бөлшек бөлімінде тұрғанын ескерсек, онда жарық шашырағанда кысқа толқынды сәуле таратылады. Сондықтан толқын ұзындығы әртүрлі сәулелер жиынтығы болып есептелетін кәдімгі ақ жарық шашыраған кезде қысқа толқынды сәулені таратып, ұзын толқындыларын өткізіп жібереді. Шашыраған жарықтың интенсивтілігі дисперсті фаза мен ортаның сыну көрсеткіштерінің айырмасына тікелей тәуелді болады. Ал егер олардың сыну көрсеткіштері өзара тең болса, онда мұндай система жарықты өте нашар шашыратады. Осы орайда тағы да назар аударарлық бір жай бар: егер дисперсті фаза мен орта оптикалық дисперстік көрсеткіштері арқылы ғана ерекшеленсе, онда система ашық түстерге боялады, мүны Христиансен эффекті дейді. Гомогенді системада жарық шашырайды, ал дисперсті системадағы жарықтың шашырау қабілеті одан да басымырақ. Сан түрлі қоспалардан мұқият тазартылған газдардағы, сұйықтағы және кристалдағы жарықтың шашырауына олардың оптикалық бір қалыптылығының атомдар мен молекулалардағы жылулық қозғалыс әсерінен системаның бір бөлігіндегі атомдар мен молекулалардың концентрациясы орта мәннен артық болса, екінші бөлігінде кеміп кетеді. Мұндай орташа мәннен ауытқып кететін флуктуация тео-риясын, бұрын да айтылғандай Смолуховский зерттеп, ғылымға енгізген. Шашыраған жарықтың ерекшелігі, оның поляризациялануы және оның поляризациялану дәрежесінің максимумы түсетін сәуле бағытына перпендикуляр орналасады. Ал әр түрлі бағытта шашы-раған жарықтың поляризациялану дәрежесі, бөлшек түріне байланысты болады екен. Мысалы, шар тәрізді бөлшектен таралған сәулені оған перпендикуляр жағынан бақылағанда толық полюстенеді екен, ал бөлшек ұзын таяқша тәрізді болып және жарық шоғына перпендикуляр болса, онда .шашыратылған жарықтың не-бәрі 70%-і полюстенеді екен. Түскен жарықтың өзгеруі мен осы өзгеріске тәуелді құбылыстар коллоидты системадағы бөлшектің түріне, өлшеміне, табиғатына, концентрациясына тәуелді болады. Бұл тәуелділіктерді оптикалық қасиетке негізделген әдістер арқылы зерттеуге болады екен. Енді солардың арасындағы өндіріске жиі қолданылатын нефелометрия мен ультрамикроскопия әдісіне токталайық. жүктеу/скачать 0,9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|