Оқулық "Білім беруді дамытудың федералды институты"
Дисперстік жҥйелердің оптикалық қасиеттері
жүктеу/скачать 9,08 Mb. Pdf көрінісі
|
Белик Физикалық және коллоидтық химия
| 9.1.
Дисперстік жҥйелердің оптикалық қасиеттері 9.2.1. Диспертік жҥйелердегі жарықтың шашырау қҧбылысы Жарықтың шашырауы флуктуация (әркелкілік) бар жҥйелерде болуы мҥмкін. Мінсіз біртекті жҥйеде жарық шашырамау керек. Алайда жарықшашырау дмисперстік жҥйенің ерекше қасиеті болып табылмайды. Ол сондай –ақ газдарға, таза сҧйықтарға және шынайы ерітінділерге тән. Мҧндай жҥйелерде жарықтың шашырауы тығыздық пен концентрацияның флуктуациясына байланысты. Гюйгенс принципіне сәйкес толқын жеткен ортаның әр нҥктесін жаңа тербеліс кӛзі ретінде қарауға болады. Қайталама тербелістер толқынның таралу бағыты бойынша бір бірін кҥшейтеді және басқа бағыттарда сӛндіреді. Осылайша толқынның таралуын қарасттыра отырып, бір текті ортада ол ӛзіне ҧқсас геометриялық тҥрде қалады деген қорытынды жасауға болады. Егер де жазық толқынның таралу жолында жергілікті әртектілік пайда болса, онда әр тектіліктің әрбір нҥктесі жеке тербеліс орталығы болады. Бағыты әр тектіліктің ӛлшеміне тәуелді толқын пайда болады. Егер оның ӛлщемі жарық толқынының ҧзындығынан анағҧрлым ҥлкен болса, онда негізінен жарықтың шағылуы байқалады. Тербеліс толқыны ҧзындығынан аз әр тектілік ӛлшемінде барлық бағыттар бойымен шашырайды. Мҧндай жағдайда әр тектіліктің әрбір нҥктесінен шыққан тербелістер фазалардың белгілі бір айырмасы болмайды және іс жҥзінде барлық бағыттар боынша бір бірін кҥшейтеді. Осы кезде жарықтың шашырауы туындайды. Жарықтың шашырауы тек әр тектіліктер бір бірінен толқын ҧзындығынан ҥлкен арақашықтықта орналасса ғана мҥмкін. Ең алғаш дисперстік жҥйелердегі жарықтың шашырауын алтын зольдарын зерттей отырып, М. Фарадей (1857) байқаған. Кейінірек бҧл қҧбылысты Дж. Тиндал сипаттады, ол золь арқылы сәулелік сәулені жанынан ӛткізуді қара фонда бақылаған қолайлы екенін анықтаған. Ол жарқыраған конус (Тиндаль конусы) байқалғанда, диспестік жҥйе ішніде жарық сәулелерін фокустаған кезде анық байқалады. Бҧл қҧбылысты Тиндаль эффектісі деп жиі атайды. Жарықты жҧтпайтын шар тәріздес бӛлшектер ҥшән жарықтың шашырау теориясын ағылшын физигі Дж. Рэлей дамытты. Осы теорияға сәйкес дисперсті жҥйедегі шар тәріздес бӛлшектер бір – бірінен алшақта орналасқан және қайталама шашырауды ескермеуге болады. Шашыраға жарықтың қарқындылығы дисперсті фаза бӛлшектерінің концентрациясы немесе кӛлем бірлігіндегі бӛлшектердің санына пропорционал. Ӛшлемі тҥскен жарықтың толқын ҧзындығынан X бірталай аз, тҥскен сәулелердің бағытымен 0 бҧрыш қҧрайтын бағыттағы бӛлшектерден R қашықтықтағы 253 (9.29) (9.30) шар тәріздес бӛлшектері бар дисперсті жҥйенің бірлік кӛлемімен шашыратылған жарықтың қарқындылығы ҥшін Рэлей формуласы / р мынадай тҥрде болады бҧл жердегі / 0 — тҥскен жарықтың қарқындылығы; т = / р // 0 — жҥйенің бҧлыңғырлығы. Сыну кӛрсеткішінің F функциясы келесі қатынаспен анықталады бҥл жердегі п 0 , п 1 — сәйкесінше дисперсті фазаның және дисперсті ортаның сыну кӛрсеткіші (9.30) қатынастан дисперсті фаза мен дисперсті ортаның сыну кӛрсеткіштері бірдей болса, жарықтың шашырау бір текті емес ортада да болмауы мҥмкін екенін кӛруге болады. Уравнение (9.29) теңдеу ӛлшемі тҥскен жарықтың ҧзындығына жақын болатын бӛлшектерден тҧратын дисперсті жҥйелер ҥшін сақталмайды. Бӛлшектердің қлшемі ҧлғайған сайын шашыраған жарықтың қарқындылығының толқын ҧзындығынан тәуелділігі кҥрт азырақ болады. Мысалы, егер бӛлшектердің ӛлшемі толқын ҧзындығынан бірнеше есе ҥлкен болса, онда шашыраған жарықтың қарқындылығы толқын қзындығының квадратына пропорционал. Табиға жарық тҥскен кезде, ҧсақ бӛлшектері бар дисперсті жҥйелерден шашыраған жарық кӛгілдір тҥс, ал ірі бӛлшектері бар жҥйелерден – ақ тҥске ие болатыны осымен тҥсіндіріледі. Бӛлшектері жарықты жҧтатын дисперстік жҥйелер ҥшін де Рэлей заңы орындалмайды. Таңдаулы тҥрде кейбір металдардың бӛлшектері жарықты жҧтады, бҧл ӛткен жарықтың бӛлшектердің ӛлшеміне кҥрделі тәуелділікте болуының алғышарты. Дисперстік жҥйелерді зерттеудің жарықтың шашырау қҧбылысын қолданатын негізгі әдістеріне ультрамикроскопия, нефелометрия мен турбидиметрия жатады. Аталған әдістердің соңғысы ең қарапайым, соны тереңірек қарастырайық. Турбидиметриялық әдіс дисперсті жҥйе арқылы ӛткен жарықтың қарқындылығын ӛлшеуге негізделген. Тҥскен жарық ағынының қарқындылығы оның дисперсті жҥйемен шашырауының нәтижесінде әлсірейді. Шашыраған жарықты жалған сіңірілген деп есептеуге болады, сондықтан жарықтың шашырау заңдылықтары Бугер—Ламберт—Бердің теідеуіне бағынады деп қабылдауға болады : (9.31) бҧл жердегі 10 — жҥйе арқылы ӛткен жарықтың қарқындылығы; D = = lg(I 0 /I n ) — оптикалық тығыздық; I — жҥйе қабатының қалыңдығы. (9.29) теңдеуіне сай оптикалық тығыздық бӛлшектердің кӛлемінің 254 (9.32) квадраты мен концентрациясына пропорционал. Бҧл бӛлшектердің ӛлшемін және оның концентрациясын жҥйенің оптикалық тығыздығы бойынша анықтауға мҥмкіндік береді. Рэлей теңдеуін қолдана отырып, шар тәріздес бӛлшектердің ӛлшемін анықтауға болады, егер олардың радиусы тҥскен жарық ҧзындығының 1/20 аспаса. 0 = 90° бӛлшектердің радиусын анықтауға арналған формула келесі тҥрде болады Бҧрын айтылғандай, (9.32) теңдеу «ақ зольдар» ҥшін ғана қолдануға болады, яғни, дисперстік жҥйе жарығын жҧтпайтын, дисперстік фаза концентрациясы ӛте аз болғанда. Бӛлшектердің ӛлшемі артқан сайын Рэлей заңы сақталмайды және шашыраған жарықтың қарқындылығы тӛрттен кем дәрежеге шығарылған толқын ҧзындығына пропорционал. Ҧсақ бӛлшектері бар дисперсті жҥйелерден шаыраған жарық табиғи жарық кезінде кӛгілдір тҥсте болатыны осымен тҥсіндіріледі. Рэлей заңы жарықты жҧтатын бӛлшектері бар дисперстік жҥйелер ҥшін де орындалмайды. Мысалы, кейбір метал бӛлшектер жарықты жҧтады, бҧл тҥскен жарықтың бӛлшектердің ӛлшеміне кҥрделі тәуелділігін кӛрсетеді. Осының бәрін дисперстік жҥйелерді оптикалық әдіспен зерттеген кезде ескеру қажет. жүктеу/скачать 9,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|