Τι είναι το φαινόμενο Tyndall; Οπτικές ιδιότητες κολλοειδών

Στόχοι μαθήματος:

Εκπαιδευτικός:εξοικείωση των μαθητών με τις οπτικές ιδιότητες των κολλοειδών διαλυμάτων.

Αναπτυξιακή:διευρύνουν την κατανόηση των οπτικών ιδιοτήτων των κολλοειδών διαλυμάτων από τους μαθητές. Αναπτύξτε τα γνωστική δραστηριότητακαι την ικανότητα να τονίζει το κύριο πράγμα στις οπτικές πληροφορίες.

Εκπαίδευση:συνεχίζουν να καλλιεργούν την προσοχή, την παρατηρητικότητα, τα αισθητικά συναισθήματα και την ικανότητα χειρισμού της τεχνολογίας.

Οπτικά βοηθήματα: υπολογιστής, οθόνη, προβολέας.

Τεχνολογία: διάλεξη με χρήση TCO (τεχνολογία υπολογιστών).

Στάδια μαθήματος: I Οργανωτικό μέρος

Σκέδαση φωτός σε κολλοειδή διαλύματα. Φαινόμενο Tyndall-Faraday

Οπτικές ιδιότητεςΤα κολλοειδή διαλύματα προσδιορίζονται με σκέδαση φωτός σε κολλοειδή διαλύματα, χρώμα κολλοειδών διαλυμάτων, απορρόφηση φωτός από κολλοειδή, ανάκλαση φωτός από την επιφάνεια των σωματιδίων, καθώς και με υπερμικροσκοπικές, ηλεκτρονικές μικροσκοπικές ιδιότητες και ιδιότητες ακτίνων Χ. Πολύ συχνά τα κολλοειδή συστήματα είναι έγχρωμα. Το χρώμα αλλάζει ανάλογα με το βαθμό διασποράς, χημική φύσητα σωματίδια και τα σχήματά τους, αφού αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν τη σκέδαση και την προσρόφηση του φωτός. Σολ μετάλλων που έχουν υψηλού βαθμούΗ διασπορά είναι συνήθως κόκκινο ή σκούρο κίτρινο και τα μέταλλα με χαμηλό βαθμό διασποράς είναι ιώδες ή ανοιχτό μπλε. Για παράδειγμα, με υψηλότερο βαθμό διασποράς, τα χρυσά λύματα αποκτούν κόκκινο χρώμα και με χαμηλό βαθμό διασποράς γίνονται μοβ και απαλό μπλε. Το χρώμα των μεταλλικών σολών εξαρτάται επίσης από το μήκος του απορροφούμενου κύματος φωτός. Η δέσμη των προβολέων, η ομίχλη, ο καπνός είναι άχρωμα. Το μπλε χρώμα του ουρανού οφείλεται στη διασπορά του ηλιακού φωτός σε στρώματα αέρα.

Εάν τα μεγέθη των σωματιδίων είναι μεγαλύτερα από το μήκος κύματος του φωτός, τότε, σύμφωνα με το νόμο γεωμετρική οπτικήφως αντανακλάται από την επιφάνεια του σωματιδίου. Ωστόσο, εάν τα σωματίδια είναι μικρότερα σε μέγεθος από το μήκος κύματος του φωτός, τότε εμφανίζεται σκέδαση φωτός μεταξύ των παρατηρούμενων οπτικών φαινομένων. Επομένως, όταν το φως διέρχεται από συστήματα διασκορπισμένα σε κολλοειδή και χονδροειδή διασπορά, το φως διασκορπίζεται από σωματίδια της διεσπαρμένης φάσης. Εάν κατευθύνετε μια δέσμη φωτός σε ένα διασκορπισμένο σύστημα, η διαδρομή της είναι ορατή όταν την κοιτάξετε από το πλάι με τη μορφή ενός φωτεινού κώνου. Αυτό το φαινόμενο μελετήθηκε πρώτα από τον Faraday και μετά από τον Tyndall με περισσότερες λεπτομέρειες. Επομένως, αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο Tyndall-Faraday.

Για να παρατηρηθεί το φαινόμενο Tyndall-Faraday, το διεσπαρμένο σύστημα (C) χύνεται σε ένα τετραεδρικό γυάλινο δοχείο (κυψελίδα), μια σκούρα κουρτίνα τοποθετείται μπροστά από την κυψελίδα και φωτίζεται με μια λάμπα προβολής (Α) (Εικ. 8). Σε αυτό το πείραμα, σχηματίζεται ένας φωτεινός κώνος, αιτία του οποίου είναι η σκέδαση του φωτός από κολλοειδή σωματίδια και ως αποτέλεσμα, κάθε σωματίδιο φαίνεται να είναι ένα σημείο που παράγει φως. Η διαδικασία της σκέδασης του φωτός από μικροσκοπικά σωματίδια ονομάζεται ωχρότητα. Στο αληθινό υδατικά διαλύματα, σε ένα μείγμα καθαρών υγρών, το φως διασκορπίζεται σε αμελητέες ποσότητες και επομένως δεν παρατηρείται το φαινόμενο Tyndall-Faraday. Μπορεί να φανεί μόνο σε ειδική συσκευή. Μερικές φορές είναι εξωτερικά αδύνατο να διακρίνουμε μια αληθινή λύση από μια κολλοειδή και για να προσδιοριστεί εάν μια δεδομένη λύση είναι κολλοειδές ή αληθινό διάλυμα, χρησιμοποιείται το φαινόμενο Tyndall-Faraday. Η ένταση του φαινομένου Tyndall-Faraday αυξάνεται με την αύξηση του βαθμού διασποράς κολλοειδούς διαλύματος και όταν επιτευχθεί ένας ορισμένος βαθμός διασποράς, φτάνει στο μέγιστο και στη συνέχεια μειώνεται. Σε χονδρικά διασκορπισμένα συστήματα (λόγω του γεγονότος ότι τα μεγέθη των σωματιδίων είναι μεγαλύτερα από το μήκος κύματος του φωτός), το φως ανακλάται από την επιφάνεια του σωματιδίου σε μια ορισμένη γωνία και, ως αποτέλεσμα, παρατηρείται ανάκλαση φωτός.

Σε χονδρικά διασκορπισμένα συστήματα, τα κύματα φωτός διαφορετικού μήκους ανακλώνται εξίσου. Αν πέσει το σύστημα λευκό φως, τότε το ανακλώμενο φως θα είναι επίσης λευκό.

Η διαδικασία σκέδασης κυμάτων φωτός από κολλοειδή σωματίδια εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός. Σύμφωνα με το νόμο του Rayleigh, η ένταση του φωτός που διαχέεται μέσα κολλοειδές σύστημα, λόγω της περίθλασης, είναι ανάλογο με τον αριθμό των σωματιδίων, το τετράγωνο του όγκου των σωματιδίων και αντιστρόφως ανάλογο με την τέταρτη δύναμη του μήκους κύματος του προσπίπτοντος φωτός.

Εδώ J0? διάσπαρτη ένταση φωτός, J? ένταση προσπίπτοντος φωτός, v- αριθμητική συγκέντρωση, V? όγκος σωματιδίων, n1- δείκτης διάθλασης της διασκορπισμένης φάσης, n2? δείκτη διάθλασης του μέσου διασποράς, κ- μια σταθερά ανάλογα με την ένταση του προσπίπτοντος φωτός και τη διαφορά στους δείκτες διάθλασης της διασκορπισμένης φάσης και του μέσου διασποράς, μεγάλο- μήκος κύματος φωτός, nm.

Εννοια n1 V δεδομένη εξίσωσηεξαρτάται από τη φύση της ουσίας. Αν n1Και n2είναι ίσα μεταξύ τους, τότε το φαινόμενο Tyndall-Faraday δεν παρατηρείται σε τέτοια συστήματα. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ των δεικτών διάθλασης της διεσπαρμένης φάσης και του μέσου διασποράς, τόσο πιο καθαρά παρατηρείται το φαινόμενο Tyndall-Faraday.

Η εξίσωση του Rayleigh ισχύει μόνο για κολλοειδή διαλύματα στα οποία το μέγεθος των σωματιδίων δεν υπερβαίνει το 0,1 μήκος κύματος φωτός. Από την εξίσωση είναι σαφές ότι η ένταση της σκέδασης του φωτός είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τέταρτη δύναμη του μήκους κύματος και επομένως σχηματίζονται μικρότερα κύματα κατά τη διαδικασία σκέδασης. Επομένως, όταν ένα κολλοειδές διάλυμα φωτίζεται από το πλάι με πολυχρωμικό (λευκό) φως, τα κολλοειδή διαλύματα έχουν μπλε χρώμα.

***Ένα μήλο έπεσε πάνω στον Νεύτωνα, οι Κινέζοι θαύμασαν τις σταγόνες στα άνθη του λωτού και ο Τζον Τίνταλ, πιθανότατα περπατώντας μέσα στο δάσος, παρατήρησε έναν κώνο φωτός. Παραμύθι; Ισως. Αλλά ακριβώς προς τιμήν ο τελευταίος ήρωαςένα από τα πιο όμορφα εφέ του κόσμου μας ονομάζεται - το φαινόμενο Tyndall...***

Η σκέδαση φωτός είναι ένα από τα γενικά χαρακτηριστικάσυστήματα υψηλής διασποράς.

Κατά τον φωτισμό του διασκορπισμένου συστήματος από το πλάι, παρατηρείται μια χαρακτηριστική ιριδίζουσα, συνήθως μπλε, λάμψη, ιδιαίτερα ευδιάκριτη σε σκούρο φόντο.

Αυτή η ιδιότητα, που σχετίζεται με τη σκέδαση του φωτός από τα σωματίδια της διασκορπισμένης φάσης, ονομάζεται ωχρότητα, από το όνομα του opal - opalus (Λατινικό), ένα ημιδιαφανές ορυκτό γαλαζωπό ή κιτρινωπό-λευκό χρώμα. Το 1868, ανακάλυψε ότι όταν ένα κολλοειδές διάλυμα φωτίζεται από το πλάι με μια δέσμη φωτός από μια ισχυρή πηγή, παρατηρείται ένας φωτεινός, ομοιόμορφα φωτεινός κώνος - Κώνος Tyndall,ή Το φαινόμενο Tyndall, ενώ στην περίπτωση διαλύματος μικρού μοριακού βάρους, το υγρό φαίνεται οπτικά κενό, δηλ. το ίχνος της δοκού είναι αόρατο.

στα αριστερά είναι ένα διάλυμα αμύλου 1%, στα δεξιά είναι νερό.

Το φαινόμενο Tyndall εμφανίζεται όταν διασκορπίζεται σε αιωρούμενα σωματίδια των οποίων οι διαστάσεις υπερβαίνουν τις διαστάσεις των ατόμων κατά δεκάδες φορές. Όταν τα σωματίδια αιωρήματος μεγεθύνονται σε μεγέθη της τάξης του 1/20 του μήκους κύματος φωτός (από περίπου 25 nm και άνω), η σκέδαση γίνεται πολυχρωματική, δηλαδή, το φως αρχίζει να διασκορπίζεται ομοιόμορφα σε ολόκληρο το ορατό φάσμα χρωμάτων από το ιώδες έως το κόκκινο . Ως αποτέλεσμα, το φαινόμενο Tyndall εξαφανίζεται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η πυκνή ομίχλη ή τα σωρευτικά σύννεφα μας φαίνονται λευκά - αποτελούνται από ένα πυκνό εναιώρημα σκόνης νερού με διαμέτρους σωματιδίων που κυμαίνονται από μικρά έως χιλιοστά, το οποίο είναι πολύ πάνω από το όριο σκέδασης Tyndall.
Μπορεί να νομίζετε ότι ο ουρανός μας φαίνεται μπλε λόγω του φαινομένου Tyndall, αλλά δεν είναι έτσι. Απουσία σύννεφων ή καπνού, ο ουρανός γίνεται μπλε λόγω της διασποράς του «φωτός της ημέρας» από τα μόρια του αέρα. Αυτός ο τύπος σκέδασης ονομάζεται σκέδαση Rayleigh (από τον Sir Rayleigh). Στη σκέδαση Rayleigh, το μπλε και το κυανό φως διασκορπίζονται ακόμη περισσότερο από ό,τι στο φαινόμενο Tyndall: για παράδειγμα, το μπλε φως με μήκος κύματος 400 nm διασκορπίζεται στον καθαρό αέρα εννέα φορές πιο έντονα από το κόκκινο φως με μήκος κύματος 700 nm. Γι' αυτό ο ουρανός μας φαίνεται μπλε - ηλιακό φωςδιασκορπίζεται σε ολόκληρο το φασματικό εύρος, αλλά στο μπλε τμήμα του φάσματος είναι σχεδόν μια τάξη μεγέθους ισχυρότερο από το κόκκινο. Οι υπεριώδεις ακτίνες που προκαλούν μαύρισμα στον ήλιο διασκορπίζονται ακόμη πιο έντονα. Γι' αυτό το μαύρισμα κατανέμεται αρκετά ομοιόμορφα στο σώμα, καλύπτοντας ακόμη και εκείνες τις περιοχές του δέρματος που δεν εκτίθενται στο άμεσο ηλιακό φως.

Το φαινόμενο Tyndall, Ο Tyndall σκορπίζει(Αγγλικός) Το φαινόμενο Tyndall) - οπτικό αποτέλεσμα, σκέδαση φωτός όταν μια δέσμη φωτός διέρχεται από ένα οπτικά ανομοιογενές μέσο. Συνήθως παρατηρείται ως φωτεινός κώνος ( Κώνος Tyndall), ορατό σε σκούρο φόντο.

Το φαινόμενο Tyndall πήρε το όνομά του από τον John Tyndall, ο οποίος το ανακάλυψε.

Δείτε επίσης

Γράψτε μια κριτική για το άρθρο "The Tyndall Effect"

Εδαφος διά παιγνίδι γκολφ

Απόσπασμα που περιγράφει το φαινόμενο Tyndall

«Εντάξει, εντάξει, θα μου πεις αργότερα», είπε η πριγκίπισσα Μαρία κοκκινίζοντας.
«Να τη ρωτήσω», είπε ο Πιέρ. -Το έχεις δει μόνος σου; – ρώτησε.
- Γιατί, πάτερ, εσύ ο ίδιος έχεις τιμήσει. Υπάρχει μια τέτοια λάμψη στο πρόσωπο, σαν ουράνιο φως, και από το μάγουλο της μητέρας μου στάζει και στάζει συνέχεια...
«Αλλά αυτό είναι μια εξαπάτηση», είπε αφελώς ο Πιέρ, ο οποίος άκουσε προσεκτικά τον περιπλανώμενο.
- Α, πατέρα, τι λες! - είπε ο Pelageyushka με τρόμο, γυρίζοντας στην πριγκίπισσα Marya για προστασία.
«Παπατούν τον κόσμο», επανέλαβε.
- Κύριε Ιησού Χριστέ! – είπε η περιπλανώμενη σταυρώνοντας τον εαυτό της. - Α, μη μου λες, πατέρα. Έτσι ένας αναράλι δεν το πίστεψε, είπε: «Οι μοναχοί απατούν», και όπως είπε, τυφλώθηκε. Και ονειρευόταν ότι η Μητέρα του Πετσέρσκ ήρθε σε αυτόν και του είπε: «Πίστεψε με, θα σε γιατρέψω». Άρχισε λοιπόν να ρωτάει: πάρε με και πάρε με κοντά της. Σου λέω την αλήθεια, το είδα μόνος μου. Τον έφεραν τυφλό κατευθείαν κοντά της, ανέβηκε, έπεσε και είπε: «Γιάτρεψε! «Θα σου δώσω», λέει, «αυτό που σου έδωσε ο βασιλιάς». Το είδα μόνος μου, πατέρα, το αστέρι ήταν ενσωματωμένο. Λοιπόν, έλαβα την όρασή μου! Είναι αμαρτία να το λες αυτό. «Ο Θεός θα τιμωρήσει», απευθυνόταν διδακτικά στον Πιέρ.
- Πώς κατέληξε το αστέρι στην εικόνα; ρώτησε ο Πιέρ.
- Έκανες τη μητέρα σου στρατηγό; - είπε ο πρίγκιπας Αντρέι, χαμογελώντας.

Σε θολά περιβάλλοντα, το ιώδες και το μπλε φως διασκορπίζονται περισσότερο, ενώ το πορτοκαλί και το κόκκινο φως διασκορπίζονται λιγότερο.

Το φαινόμενο Tyndall ανακαλύφθηκε ως αποτέλεσμα της μελέτης ενός επιστήμονα για την αλληλεπίδραση των ακτίνων φωτός με διαφορετικά περιβάλλοντα. Βρήκε ότι όταν οι ακτίνες φωτός περνούν μέσα από ένα μέσο που περιέχει ένα εναιώρημα μικροσκοπικών στερεών σωματιδίων - για παράδειγμα, σκονισμένο ή καπνισμένο αέρα, κολλοειδή διαλύματα, θολό γυαλί - το φαινόμενο σκέδασης μειώνεται καθώς το φασματικό χρώμα της δέσμης αλλάζει από ιώδες-μπλε σε κίτρινο -κόκκινο μέρος του φάσματος. Εάν περάσετε λευκό φως, όπως το ηλιακό φως, μέσα από ένα θολό μέσο, ​​το οποίο περιέχει το πλήρες φάσμα χρωμάτων, τότε το φως στο μπλε τμήμα του φάσματος θα διασκορπιστεί μερικώς, ενώ η ένταση του πράσινου-κίτρινου-κόκκινου μέρους του το φως θα παραμείνει σχεδόν το ίδιο. Επομένως, εάν κοιτάξουμε το σκεδαζόμενο φως αφού περάσει από ένα θολό μέσο μακριά από την πηγή φωτός, θα φαίνεται πιο μπλε από το αρχικό φως. Αν κοιτάξουμε μια πηγή φωτός κατά μήκος της γραμμής σκέδασης, δηλαδή μέσα από ένα θολό μέσο, ​​η πηγή θα μας φαίνεται πιο κόκκινη από ό,τι στην πραγματικότητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ομίχλη από τις δασικές πυρκαγιές, για παράδειγμα, μας φαίνεται μπλε-μωβ.

Το φαινόμενο Tyndall εμφανίζεται όταν διασκορπίζεται σε αιωρούμενα σωματίδια των οποίων οι διαστάσεις υπερβαίνουν τις διαστάσεις των ατόμων κατά δεκάδες φορές. Όταν τα σωματίδια αιωρήματος μεγεθύνονται σε μεγέθη της τάξης του 1/20 του μήκους κύματος φωτός (από περίπου 25 nm και άνω), η σκέδαση γίνεται πολυχρωμία,δηλαδή το φως αρχίζει να διασκορπίζεται ομοιόμορφα σε όλο το ορατό φάσμα των χρωμάτων από το βιολετί έως το κόκκινο. Ως αποτέλεσμα, το φαινόμενο Tyndall εξαφανίζεται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η πυκνή ομίχλη ή τα σωρευτικά σύννεφα μας φαίνονται λευκά - αποτελούνται από ένα πυκνό εναιώρημα σκόνης νερού με διαμέτρους σωματιδίων που κυμαίνονται από μικρά έως χιλιοστά, το οποίο είναι πολύ πάνω από το όριο σκέδασης Tyndall.

Μπορεί να νομίζετε ότι ο ουρανός μας φαίνεται μπλε λόγω του φαινομένου Tyndall, αλλά δεν είναι έτσι. Απουσία σύννεφων ή καπνού, ο ουρανός γίνεται μπλε λόγω της διασποράς του «φωτός της ημέρας» από τα μόρια του αέρα. Αυτός ο τύπος σκέδασης ονομάζεται Σκέδαση Rayleigh(προς τιμήν του Sir Rayleigh. εκ. Κριτήριο Rayleigh). Στη σκέδαση Rayleigh, το μπλε και το κυανό φως διασκορπίζονται ακόμη περισσότερο από ό,τι στο φαινόμενο Tyndall: για παράδειγμα, το μπλε φως με μήκος κύματος 400 nm διασκορπίζεται στον καθαρό αέρα εννέα φορές πιο έντονα από το κόκκινο φως με μήκος κύματος 700 nm. Αυτός είναι ο λόγος που ο ουρανός μας φαίνεται μπλε - το ηλιακό φως είναι διάσπαρτο σε ολόκληρο το φασματικό εύρος, αλλά στο μπλε τμήμα του φάσματος είναι σχεδόν μια τάξη μεγέθους ισχυρότερο από το κόκκινο. Οι υπεριώδεις ακτίνες που προκαλούν μαύρισμα στον ήλιο διασκορπίζονται ακόμη πιο έντονα. Γι' αυτό το μαύρισμα κατανέμεται αρκετά ομοιόμορφα στο σώμα, καλύπτοντας ακόμη και εκείνες τις περιοχές του δέρματος που δεν εκτίθενται στο άμεσο ηλιακό φως.

John Tyndall, 1820-93

Ιρλανδός φυσικός και μηχανικός. Γεννήθηκε στη γέφυρα Leighlin, στην κομητεία Carlow. Με την ολοκλήρωση γυμνάσιοεργάστηκε ως τοπογράφος-τοπογράφος σε στρατιωτικούς οργανισμούς και στις κατασκευές σιδηροδρόμων. Ταυτόχρονα αποφοίτησε από το Μηχανολογικό Ινστιτούτο στο Πρέστον. Απολύθηκε από τη στρατιωτική γεωδαιτική υπηρεσία για διαμαρτυρία για τις κακές συνθήκες εργασίας. Δίδαξε στο Queenwood College (Hampshire), ενώ συνέχισε την αυτοεκπαίδευσή του. Το 1848-51. παρακολούθησε διαλέξεις στα Πανεπιστήμια του Μάρμπουργκ και του Βερολίνου. Επιστρέφοντας στην Αγγλία, έγινε δάσκαλος και στη συνέχεια καθηγητής στο Βασιλικό Ίδρυμα του Λονδίνου. Τα κύρια έργα του επιστήμονα είναι αφιερωμένα στον μαγνητισμό, την ακουστική, την απορρόφηση θερμικής ακτινοβολίας από αέρια και ατμούς, τη σκέδαση φωτός σε θολά μέσα . Μελέτησε τη δομή και την κίνηση των παγετώνων στις Άλπεις.

Ο Tyndall ήταν εξαιρετικά παθιασμένος με την ιδέα της δημοτικοποίησης της επιστήμης. Έδινε τακτικά δημόσιες διαλέξεις, συχνά με τη μορφή δωρεάν διαλέξεων για όλους: για εργάτες σε αυλές εργοστασίων κατά τη διάρκεια των μεσημεριανών διαλειμμάτων, χριστουγεννιάτικες διαλέξεις για παιδιά στο Βασιλικό Ίδρυμα. Η φήμη του Tyndall ως εκλαϊκευτή έφτασε και στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού - ολόκληρη η έντυπη έκδοση της αμερικανικής έκδοσης του βιβλίου του Fragments of Science Επιστήμη, 1871) εξαντλήθηκε σε μια μέρα. Πέθανε με έναν παράλογο θάνατο το 1893: ενώ ετοίμαζε το δείπνο, η σύζυγος του επιστήμονα (που τον έζησε κατά 47 χρόνια) χρησιμοποίησε κατά λάθος ένα από τα χημικά αντιδραστήρια που ήταν αποθηκευμένα στην κουζίνα αντί για επιτραπέζιο αλάτι.