ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

Светорассеяние в коллоидных системах

В 1869 г. Дж. Тиндаль заметил, что если пропускать пучок сходящихся лучей света через коллоидный раствор, то происходит образование светящегося конуса. Это явление в честь автора было названо конусом (или эффектом) Тиндаля. Рассмотрим его природу.

Пусть пучок параллельных лучей света падает на поверхность какой- либо частицы. Если линейные размеры частицы велики по сравнению с длиной волны падающего света, то в согласии с законами физики будет наблюдаться отражение света (часть световой энергии при этом поглотится). От идеально гладкой поверхности отраженные лучи будут параллельны друг другу, в случае шероховатой поверхности они отразятся под различными углами. Если же частица небольших размеров (< 1/10 длины волны), то в ее молекулах под действием электромагнитного поля света происходит смещение электронов относительно ядер (поляризация) и образуются электрические диполи. Эта наведенные диполи ведут себя как источники вторичного светового излучения, распространяя свет во всех направлениях. Такое светорассеяние и является причиной эффекта Тиндаля. Объясняется же этот эффект тем, что рассеянный свет распространяется неравномерно в разных направлениях — вдоль направления луча проходит больше света, чем под углом 90°.

В коллоидных растворах светорассеяние проявляется в виде опалесценции — матового свечения, чаще всего голубоватого оттенка, наблюдаемого при боковом освещении золя на темном фоне. Именно благодаря светорассеянию мы видим в лучах света взвешенные в воздухе полутемной комнаты мельчайшие пылинки, в обычных обстоятельствах невидимые невооруженным глазом.

Кроме светорассеяния при падении лучей света на дисперсную систему могут наблюдаться и другие явления: прохождение света через систему, преломление света частицами дисперсной фазы и поглощение света дисперсной фазой (абсорбция) с превращением световой энергии в тепловую (внутреннюю энергию). Прохождение света характерно для прозрачных систем, преломление и отражение света проявляются обычно как мутность гетерогенных систем, наблюдаемая в проходящем и отраженном свете.

Теория светорассеяния впервые была развита Рэлеем. В ее основе лежит уравнение для интенсивности света 1р, рассеянного единицей объема дисперсной системы со сферическими частицами, обладающими диэлектрическими свойствами:

где 70 — интенсивность падающего света; F — функция показателей преломления веществ среды и фазы; v — количество частиц дисперсной фазы в единице объема системы; V — объем частицы; X — длина волны падающего света; R — расстояние частицы от источника света; 0 — угол между направлениями распространения рассеянного света и падающего света. Функция F определяется соотношением

где пх и п0 — показатели преломления вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды соответственно. Из уравнения (6.1) видно, что количество рассеянной энергии пропорционально концентрации частиц, квадрату объема частицы и обратно пропорционально четвертой степени длины волны падающего света.

Отсюда следует, что чем короче длина волны падающего света, тем интенсивнее будет рассеяние. Следовательно, если на систему коллоидных частиц падает белый свет, то наибольшее рассеяние будут испытывать синие и фиолетовые лучи. Поэтому, если пропускать через коллоидную систему белые лучи, то в проходящем свете раствор будет окрашен в красноватый цвет, а в боковом — в голубой. Голубой цвет неба и красные цвета восходов и закатов также объясняются различным светорассеянием составляющих белого света. Нетрудно понять также выбор красного цвета в сигналах предупреждения — семафорах, светофорах и т. д. — он лучше виден издалека и в тумане, а также голубого — при светомаскировке в военное время.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >