§ 48. ОПТИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕР

Дисперсті система арқылы өткен жарық сәуленің интенсивтілігі біршама төмендейді және бұл бірден екі процесті тудырады: жұту жәие шашырату. Жарык жұтылған кезде оньщ энергиясы жылуға

208

,айналады. Боялған орталардың көмегімен жарық жұтудын, негізгі заңдылығын Ламберт пен Беер анықтаған. Ламберт заңына орай, ерітіндінің өте жұқа қабаты арқылы өтетін жарық интенсивтілігі-нің өзгеруі, өзі өткен ерітінді қабатының қалыңдығына тура про-піэрционалды, ал Беер заңына сәйкес ерітіндіде еріген зат концент-рациясының жоғарылауы ерітінді қабатының қалыңдығы сияқты әсер етеді. Ламберт және Беер заңын дифференциалды тұрғыдан біріктіріп өрнектеуге болады:

мұндағы dІ — өткен жарық интенсивтілігі; К —пропорционалдық коэффициенті; С — ерітінді концентрациясы, dx — жарық өткен ерітінді қабатының қалыңдығы. Бұл теңдеудің интегралдық түрі:

'мұндағы Iо — ерітіндіге түскен жарық интенсивтілігі; I/ — ерітіндіден шыққан жарықтың интенсивтілігі.

Осы тұста ескерте кететін бір жай бар: егер ерітінді концентра-циясын өзгерткенде еріген зат диссоциацияланбаса немесе агрега-цияланбаса, онда Ламберт-Беердің біріккен заңы орындалады.

(199) теңдеудің оң жағындағы бөлігін (І£/î/Л оптикалық ты-ғыздық деп атайды. Ондағы пропорционалдық коэффициентін кө-бінесе жарық жұтудың молекулалық коэффициенті деп те айтады және оны ерітінді концентрациясы мен кабат қалыңдығы 1-ге тең болатын жағдайда оптикалық тығыздық ретінде кабылдайды. Жа-рықтың 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 құбылыс — жарықтьщ шашырауы. Жарық шашыраған кезде түс-кен сәуле энергиясы жылуға айналмастан, оны бөлшектер әр түрлі бағытта кайтадан шығарады. Сондықтан да шашыраған жарықты қараңғы фонға қарсы бүйірінен байкауға 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 байқаудьщ бірден-бір жеңіл де қарапайым әдісін ұсынды. Тиндаль әдісі бо-йынша 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.) зертте-ген. Оның бұл теориясын бөлшек өлшемі түсетін жарық толқыны-ның ұзындығынан бірнеше есе кіші, шар тәрізді, ток өткізбейтін

системаларға қолдануға болады. Жарық толқыны электр өрісінің әсерінен зольдегі диэлектрлік бөлшектерде индуцирленген диполь-дер пайда болып, олардын, өздері де сәуле таратады деген жора-мал бар. Бөлшектер шашырататыы жарықтын, интенсивтілігін (5І) кслесі формула бойынша анықтауга болады:

мұндағы Ө — түсетін жарық шоғы мен шашыраған жарық шоғы-ның бағыттары аралығындағы бұрыш; I/ — шар тәрізді бөлшек пен жарық шашырауын бақылайтын окулярге дейінгі аралық; V — бөлшек көлемі; — жарық толқынының ұзындығы; I₀ — жарық интенсивтілігі; n\ және n₀ — коллоиды бөлшек пен оны қоршаған ортаның сыну көрсеткіштері.

Барлық бағытқа бөлшек шашыратқан жарықтың толык, интен-сивтілігін мына формуламен есептейді:

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 интенсивтілі-гі төмендегідей:

(202)

Релей теңдеуінен (200), (201) коллоидты системалардағы бөл-шек іріленген сайын, жарықтың шашырауы күшейетінін көруге бо-лады. Әйтсе де бұл теория бойынша бөлшек өлшемі толқын ұзын-дығының1/2-інен аспауы қажет екенін ескерген жөн. Жарықтың шашырауына толқын ұзындығы күшті әсер етеді. Сондай-ақ (200) және (201) теңдеулердегі толқын ұзындығының төртінші дәрежеде және бөлшек бөлімінде тұрғанын ескерсек, онда жарық шашыра-ғанда қысқа 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 ортаньвд сыну көрсеткіштерінің айырмасына тікелей тәуелді болады. Ал егер олардың сыну көр-сеткіштері өзара тен, болса, онда мұндай система жарықты өте на-шар шашыратады. Осы орайда тағы да назар аударарлық бір жай бар: егер дисперсті фаза мен орта оптикалық дисперстік көрсет-кіштері арқылы ғана ерекшеленсе, онда система ашық түстерге боялады, мүны Христиансен эффекті дейді.

кристалдағы жарықтың шашырауына олардың оптикалық бір ка-лыптылығының атомдар мен молекулалардағы жылулық қозғалыс әсерінен системаның бір бөлігіндегі атомдар мен молекулалардьщ 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 бай-ланысты болады екен. Мысалы, шар тәрізді бөлшектен таралған сәулені оған перпендикуляр жағынан бақылағанда толық полюс-тенеді екен, ал бөлшек ұзын таяқша тәрізді болып және жарық шоғына гтерпендикуляр болса, онда шашыратылған жарықтың не-бәрі 70%-і полюстенеді екен. Түскен жарықтың өзгеруі мен осы өзгеріске тәуелді құбылыстар коллоидты системадағы бөлшектін, түріне, өлшеміне, табиғатына, концентрациясына тәуелді болады. Бұл тәуелділіктерді оптикалық қасиетке негізделген әдістер арқы-лы зерттеуге болады екен. Енді солардың арасындағы өндіріске жиі қолданылатын нефелометрия мен ультрамикроскопия әдісіне тоқталайық.