Оптические свойства коллоидных систем определяются их гетерогенностью и дисперсностью. Изучение оптических свойств позволяет решить множество задач, например, можно определить наличие коллоидных частиц, их размер, форму, концентрацию.
5 видов взаимодействия световой волны с веществом:
- Поглощение;
- Преломление;
- Рассеяние;
- Отражение;
- Пропускание
Но в зависимости от длины волны и размеров частиц преобладают определенные виды:
Если в системе нет никаких частиц с другим показателем преломления, то система будет считаться оптически пустой и рассеяния не будет. Если есть, то электрическое поле волны будет возбуждать электроны и начнется испускание света, при этом длина волны падающего света будет совпадать с рассеянным. В дисперсных системах источниками рассеяния света являются частицы дисперсной фазы.
Эффект Тиндаля — оптический эффект, рассеивание света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося конуса (конус Тиндаля), видимого на тёмном фоне.
Видео:2.3. Оптические свойства дисперсных системСкачать
Теория светорассеяния Рэлея
Настоящее имя Рэлея Джон Уильям Стретт, Лорд Рэлей. Рэлей открыл открыл аргон.
Рэлей рассматривал свою теорию для дисперсных частиц, размер которых примерно равен 0.1λ. Эти частицы имеют сферическую форму, не поглощают свет — есть только рассеяние, концентрация этих частиц достаточно мала, чтобы эффекты отдельных частиц не взаимодействовали друг с другом.
Уравнение Рэлея
где:
- J_0 — интенсивность падающего света;
- lambda — длина волны падающего света;
- V — объем одной частицы дисперсной фазы;
- nu — частичная концентрация (число частиц в единице объема);
- n_1 — показатель преломления дисперсной фазы;
- n_0 — показатель преломления дисперсионной среды;
- х — расстояние до наблюдения;
- α — угол, под которым наблюдается рассеяние.
В общем случае уравнение Рэлея упрощается к виду
где K — константа прибора
Видео:Практическое занятие 2. Оптические свойства дисперсных системСкачать
Анализ закона Рэлея
Интенсивность рассеянного света:
- Сильнее всего зависит от длины волны.J=f(lambda)qquad lambdadownarrow longrightarrow Juparrow
Красный свет рассеивается меньше всего, поэтому все сигнальные огни — красные, все маскировочные — синие.
- Зависит от разницы в показателях преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды.J_0=f(n_1-n_0)
Чем больше разница — тем сильнее рассеяние.
- Зависит от размера частиц дисперсной фазы.
- От концентрацииJ = f(nu)
Видео:Оптические свойства дисперсных системСкачать
Нефелометрия
Нефелометрия — метод изучения рассеянного света дисперсной системы под определенным углом.
Упрощенное уравнение Рэлея
Обычно проводят два опыта для сравнения экспериментального значения со стандартным.
Видео:СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ - урок 1Скачать
Ультрамикроскопия
Ультрамикроскопия — оптический метод изучения, который основан на регистрации рассеяния от каждой частицы дисперсной фазы. Ультрамикроскоп позволяет наблюдать частицы коллоидных размеров. 1903г. Зигмонди Рихард сконструировал ультрамикроскоп (1925г. — Нобелевская премия).
Схема работы светового микроскопа: прямой ход лучей
где * — источник света.
Схема работы ультрамикроскопа:
В ультрамикроскопе наблюдается свет рассеянный каждой коллоидной частицей — на черном фоне светящиеся точки.
С помощью ультрамикроскопа можно определить:
- наличие коллоидных частиц;
- форму частиц. Ровный световой ареол — сферическая форма, мерцание — сложная поверхность;
- можем посчитать число частиц Rightarrow концентрацию частиц;
- размер частиц.
V — объем системы, который виден в поле прибора
C — весовая концентрация
Масса дисперсной фазы вычисляется уравнением
где n — число частиц
Видео:Коллоидные растворы. Дисперсные системыСкачать
Поточный ультрамикроскоп (Дерягин и Власенко)
Поток золя протекает через кювету, на которую направлен свет. Происходят вспышки каждой коллоидной частицы в ультрамикроскопе, которые автоматически регистрируются. Используется для определения дисперсности системы.
Видео:Калужских А.Г. Лекция №5 «Оптические свойства дисперсных систем»Скачать
Электронная микроскопия
Разрешающая способность микроскопа — величина, обратная минимальному расстоянию между 2 точками, которые можно видеть независимо друг от друга.
где n — показатель преломления среды.
Длина волны видимого спекта от 4cdot10^{-5} до 7.6cdot10^{-5} см.
Для увеличения разрешающей способности используют иммерсионный метод.
Иммерсионный метод микроскопического наблюдения заключается во введении жидкости между объективом микроскопа и рассматриваемым предметом для усиления яркости и расширения пределов увеличения изображения.
Видео:Дисперсные системы (образование, свойства и устойчивость коллоидных растворов)Скачать
Окраска коллоидных систем
Причины окраски:
- рассеяние света;
- поглощение.
Система окрашивается в свет — дополнительный к поглощенному.
Поглощенный свет | Окрашенный |
---|---|
Желтый | Синий |
Красный | зеленый |
Похоже на поглощение света в истинных растворах: уравнение Бугера-Ламберта-Бэра:
Поглощение света зависит от размера частиц (или от ее дисперсности) — чем меньше размер частицы, тем более короткие длины волн могут быть поглощены. Золь Au:
Размер частиц, см | Поглощенный свет | Окрашено |
---|---|---|
5cdot10^{-6} | Желтый | Синий |
2cdot10^{-6} | Зеленый | Красный |
<10^{-6} | Синий | Желтый |
Цвет системы зависит от размера частиц. Кроме того интенсивность поглощенного света тоже зависит от размера частиц (дисперсности системы).
Флюоресценция — поглощение определенной длины волны и преобразование в волны большей длины.
Опалесценция — различие окраски систем в зависимости от угла наблюдения. Рассеиваются волны разной длины.
💥 Видео
2.2. Молекулярно кинетические свойства дисперсных системСкачать
10 класс § 10 "Коллоидные растворы"Скачать
2.1. Электрокинетические свойства дисперсных системСкачать
Получение коллоидных растворовСкачать
Оптические свойства дисперсных системСкачать
Видеоурок по химии "Дисперсные системы"Скачать
Химия 11 класс (Урок№6 - Дисперсные системы.)Скачать
Выпуск 9: Эффект Тиндаля (11 класс)Скачать
3.1. Устойчивость и коагуляция дисперсных системСкачать
11 класс - Химия - Дисперсионные системы. Коллоидные растворыСкачать
Химия | Дисперсные системыСкачать
Дисперсные системы | Химия 11 класс #11 | ИнфоурокСкачать
Электрофорез и электроосмосСкачать