Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow КОЛОЇДНА ХІМІЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Особливості оптичних властивостей дисперсних систем пов'язані з їх основними властивостями - гетерогенність і дисперсністю. Дисперсні системи, маючи внутрішні міжфазні поверхні, є оптично неоднорідними. Спрямовані на систему промені потрапляють на поверхню частинок, відображаються і переломлюються під різними кутами, що обумовлює вихід променів з системи в різних напрямках зі зниженням інтенсивності светопотока. Навіть при відсутності поглинання інтенсивність променів, що виходять з дисперсної системи, буде менше первісної.

Раніше оптичні властивості дисперсних систем пов'язували з проходженням через дисперсні системи тільки видимого світла. В даний час закономірності світлопропускання поширюються і на інші види променевої енергії - рентгенівське, нейтронне і інші випромінювання.

Светорассеяніє

Светорассеяніє не є особливою властивістю гетерогеннодісперсних систем. У світлі, золи не відрізняються від справжніх розчинів, вони поводяться як прозорі тіла. Однак при спостереженні збоку в цих розчинах спостерігається світіння, яке називається опалесценцією. Опалесценция стає ще помітніше, якщо замість паралельного пучка світла пропускати пучок сходяться променів, поставивши між розчином і джерелом опуклу лінзу. При спостереженні збоку в гаком розчині видно яскравий світиться конус. Вперше спостерігав це явище ще М.В. Ломоносов, а потім Фарадей в 1857 р при дослідженні золю золота. У 1868 р ефект освіти конуса був вивчений Тіндалем, тому що світиться конус називається конусом Тиндаля, пляма, яке він утворює на екрані, називається плямою Тиндаля, а сам ефект - ефект Тиндаля (рис. 3.1).

конус Тиндаля

Мал. 3.1. конус Тиндаля

Причина ефекту Тиндаля полягає в тому, що частинки дисперсної фази і дисперсійнаСереда мають різні показники заломлення.

При потраплянні світла на дрібні частинки дисперсної фази виникає його розсіювання. Кожна точка середовища, до якої дійшов фронт хвилі, може розглядатися як нове джерело коливань. Вторинні коливання підсилюють один одного в напрямку поширення хвилі і гасяться в інших напрямках. Розглядаючи поширення хвильового фронту, можна виявити, що в однорідноїізотропної середовищі він завжди залишається подібним собі, якщо на його шляху з'являється локальна неоднорідність, то кожна точка неоднорідності стане самостійним центром коливань. Виникає фронт хвилі, напрям якого залежить від розміру неоднорідності. Якщо розмір неоднорідності більше довжини світлової хвилі, то спостерігається віддзеркалення світла за відповідними законами. При розмірі неоднорідності менше довжини хвилі коливання розсіюється в усіх напрямках. У цьому випадку коливання, які виходять від кожної точки неоднорідності, нс мають певних різниць фаз і більш-менш підсилюють один одного у всіх напрямках.

Розсіювання можливо тільки тоді, коли частки дисперсної фази знаходяться один від одного на відстанях більших, ніж довжина хвилі, а самі мають розміри менше довжини хвилі. Сферичний, непроводящих електричного струму, светорассеяніє (опалесценція) описує рівняння Релея для інтенсивності світлорозсіювання / р :

де / Q - інтенсивність падаючого світла; і - показники заломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища; і - часткова концентрація (число частинок в 1м 3 золю); V - об'єм окремої частки; Л - довжина хвилі падаючого світла; R - відстань, на якому інтенсивність змінюється від до / р в напрямку, що становить кут в с напрямом падаючих променів (відстань до місця реєстрації).

Якщо світло розсіюється під кутом 90 °, то його інтенсивність при інших рівних умовах можна оцінити за спрощеним рівнянням:

Рівняння Релея не підходить для систем, що поглинають світло, наприклад, для систем з металевими частинками, а також для систем, в яких розміри частинок наближаються до довжини хвилі падаючого світла. Зі збільшенням розміру часток залежність інтенсивності розсіяного світла від довжини хвилі стає менш різкою, наприклад, якщо розміри

частинок трохи більше довжини хвилі, інтенсивність розсіяного світла обернено пропорційна квадрату довжини хвилі. Це пояснює той факт, що при падаючому природному світлі розсіяне світло від дисперсних систем з дрібними частинками виявляється блакитним, а від систем з великими частками - білим.

У дисперсних системах закономірності поляризації світла інші в порівнянні з оптично однорідними системами. Ступінь поляризації світла, розсіяного великими частками дисперсної фази, залежить від їх розмірів і форми. Інтенсивність розсіювання світла перестає бути симетричною за напрямками променів. Для великих сферичних частинок вона більше в напрямку падаючого потоку в порівнянні зі зворотним напрямком.

Якщо врахувати сталість показників заломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища в рівнянні (3.1) і позначити їх співвідношення константою До , тобто

то рівняння для інтенсивності потоку при Светорассеяніє набуде вигляду

У рівняння Релея можна ввести масову конценграцію дисперсної фази з (розмірність концентрації з дорівнює кг / м 3 ). Помноживши твір uV на щільність р , маємо: v V р = з , звідки . Так як

обсяг сферичної частинки пов'язаний з її радіусом (або диамет

ром

Якщо все постійні величини, включаючи щільність дисперсної фази, ввести в константу К ' , то виходить просте і зручне для розрахунків рівняння

де

Величина залежить від розмірів частинок, так як прямо пропорційна обсягу (кубу лінійного розміру) частинок. Це означає, що користуючись подібними рівняннями, можна експериментально визначити обсяг і, отже, розмір часток. Однак ця пропорційність сохраня-

ється лише в області невеликих обсягів, а значить і розмірів, позначеному в загальному вигляді / на рис. 3.2. Рівняння Релея застосовується до систем з частинками, радіус яких не перевищує 10 'м і навіть менше, ніж 4-10 s м, го є тільки для високодисперсних або ультрамікрогетероген- них систем.

Крива зміни інтенсивності світлорозсіювання при збільшенні розмірів частинок

Мал. 3.2. Крива зміни інтенсивності світлорозсіювання при збільшенні розмірів частинок

Зі збільшенням розміру часток залежність інтенсивності розсіяного світла від довжини хвилі стає менш різкою. Уже для частинок з радіусом більше 510 ' 8 м інтенсивність розсіяних променів виявляється обернено пропорційній кубу, далі зниження йде до квадратичної і просто лінійної залежності. Наприклад, з теорії Клаузіуса інтенсивність розсіяного світла обернено пропорційна квадрату довжини хвилі:

Суспензії і емульсії з частинками, розмір яких більше довжини хвилі падаючого світла, світло не розсіюють.

 
<<   ЗМІСТ   >>