Н. Каразина С. В
жүктеу/скачать 1,02 Mb.
|
Физическая и коллоидная химия. Часть II. Коллоидная химия ( PDFDrive )
| РАССЕЯНИЕ СВЕТА
Рассеяние света в какой-то степени свойственно любой среде. Но наиболее интенсивное светорассеяние происходит в условиях, когда луч света проходит через дисперсную систему, частицы которой имеют раз- меры меньше длины волны падающего света и удалены друг от друга на расстояния, значительно превосходящие длину волны. Явление светорас- сеяния присуще многим дисперсным системам, но особенно коллоидно- дисперсным, или ультрамикрогетерогенным, с размером частиц 10 7-10 9 м. В коллоидных растворах светорассеяние проявляется в виде опалес- ценции – матового свечения, чаще всего голубоватых оттенков, которое можно наблюдать при боковом освещении "белого" золя на темном фоне. При этом, если тот же золь рассматривать в прямом проходящем свете, он может иметь красновато-желтую окраску. Причиной опалесценции яв- ляется рассеяние света вследствие его дифракции в микронеоднородной среде коллоидного раствора. С опалесценцией связано специфичное для коллоидных систем явле- ние – эффект Тиндаля. При фокусировании света в сосуде с коллоидным раствором и наблюдении в перпендикулярном лучу направлении в рас- творе видна светящаяся полоса, узкая со стороны входа света и более широкая на выходе (имеет форму конуса). При тех же условиях освеще- ния чистые жидкости и молекулярные растворы не дают подобного эф- фекта. По наличию или отсутствию эффекта Тиндаля легко установить, является ли раствор коллоидным или истинным (молекулярным, ионным). Теория светорассеяния была разработана Д. Рэлеем (1871). Уравне- ние Рэлея для интенсивности рассеянного света IP имеет вид n2 n2 2 V 2 V 2 IP I0 243 1 0 2 2 4 n + 2n K 4 , (12.1)
1 0 где I0 интенсивность падающего света; n1 и n0 показатели прелом- ления соответственно дисперсной фазы и дисперсионной среды; – чис- ло частиц в единице объема (частичная концентрация); V – объем час- тицы; – длина волны падающего света. Из уравнения Рэлея следует ряд выводов. Так, при равенстве показа- телей преломления среды и частиц в гетерогенной системе может отсут- ствовать рассеяние света. Светорассеяние пропорционально концентра- ции частиц, квадрату объема частицы (или шестой степени их радиуса) и обратно пропорционально четвертой степени длины волны падающего света. Отсюда можно заключить, что наиболее интенсивно происходит рассеяние света малых длин волн. В видимой части спектра меньшую длину волны имеют голубые лучи; следовательно, они больше подверже- ны рассеянию, чем желто-красные. Этим объясняются оранжево- красноватая окраска многих бесцветных золей и минералов в прямом проходящем свете (красные лучи слабо рассеиваются) и голубоватая – при наблюдении сбоку. С этими явлениями связаны голубой цвет неба и красные цвета восходов и закатов; красный цвет светофора виден изда- лека и в тумане и т.д. Анализ уравнения Рэлея показывает также, что максимальное светорассеяние происходит в системах с размером частиц r (24)10–8 м, что соответствует коллоидной степени дисперсности. При размерах частиц более 0.1 световой волны возрастает роль процессов отражения света. В растворах исчезает опалесценция и появляется мут- ность (например, в суспензиях, грубых взвесях). С другой стороны, из уравнения Рэлея видно, что с уменьшением размеров частиц интенсив- ность светорассеяния ослабевает пропорционально величине V 2 . Ту об- ласть размеров частиц, для которой интенсивность рассеянного света максимальна, называют рэлеевской областью. Для золей металлов ввиду сильного поглощения ими света уравнение (12.1) неприменимо. Уравнение Рэлея позволяет определить по экспериментальным дан- ным размеры частиц r . Может быть решена также обратная задача – при известных r и V определяют концентрацию . Интенсивность жүктеу/скачать 1,02 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|