Ce este efectul Tyndall? Proprietățile optice ale coloizilor

Obiectivele lecției:

Educațional: pentru a familiariza elevii cu proprietăţile optice ale soluţiilor coloidale.

Dezvoltare: extinde înțelegerea de către elevi a proprietăților optice ale soluțiilor coloidale. Dezvoltați-le activitate cognitivăși capacitatea de a evidenția principalul lucru în informațiile vizuale.

Educarea: continuă să cultivi atenția, observația, sentimentele estetice și capacitatea de a manipula tehnologia.

Ajutoare vizuale: computer, ecran, proiector.

Tehnologie: prelegere folosind TCO (tehnologia computerului).

Etapele lecției: I Partea organizatorica

Difuzarea luminii în soluții coloidale. Efectul Tyndall-Faraday

Proprietăți optice Soluțiile coloidale sunt determinate de împrăștierea luminii în soluții coloidale, culoarea soluțiilor coloidale, absorbția luminii de către coloizi, reflectarea luminii de către suprafața particulelor, precum și proprietățile ultramicroscopice, microscopice electronice și cu raze X. Foarte des sistemele coloidale sunt colorate. Culoarea se schimbă în funcție de gradul de dispersie, natura chimica particulele și formele lor, deoarece acești factori afectează împrăștierea și adsorbția luminii. Solurile metalelor având grad înalt dispersitatea sunt de obicei roșii sau galben închis, iar metalele cu un grad scăzut de dispersie sunt violet sau albastru pal. De exemplu, cu un grad mai mare de dispersie, solurile de aur devin roșii, iar cu un grad scăzut de dispersie, devin violet și albastru pal. Culoarea solurilor metalice depinde și de lungimea undei luminoase absorbite. Faza reflectoarelor, ceața, fumul sunt incolore. Culoarea albastră a cerului se datorează împrăștierii luminii solare în straturi de aer.

Dacă dimensiunile particulelor sunt mai mari decât lungimea de undă a luminii, atunci, conform legii optică geometrică lumina este reflectată de la suprafața particulei. Cu toate acestea, dacă particulele sunt mai mici ca dimensiune decât lungimea de undă a luminii, atunci are loc împrăștierea luminii printre fenomenele optice observate. Prin urmare, atunci când lumina trece prin sisteme dispersate coloidal și dispersate grosier, lumina este împrăștiată de particulele fazei dispersate. Dacă direcționați un fascicul de lumină către un sistem dispers, traseul acestuia este vizibil atunci când este privit din lateral sub forma unui con luminos. Acest fenomen a fost studiat mai întâi de Faraday, iar apoi de Tyndall mai detaliat. Prin urmare, acest fenomen se numește efect Tyndall-Faraday.

Pentru a observa efectul Tyndall-Faraday, sistemul dispersat (C) este turnat într-un recipient de sticlă tetraedric (cuvetă), o perdea întunecată este plasată în fața cuvei și iluminată cu o lampă de proiecție (A) (Fig. 8). În acest experiment, se formează un con luminos, a cărui cauză este împrăștierea luminii de către particulele coloidale și, ca urmare, fiecare particulă pare a fi un punct care produce lumină. Procesul de împrăștiere a luminii prin particule minuscule se numește opalescență. Într-adevăr solutii apoase, într-un amestec de lichide pure, lumina este împrăștiată în cantități neglijabile și de aceea nu se observă efectul Tyndall-Faraday. Poate fi văzut doar într-un dispozitiv special. Uneori este imposibil din exterior să distingem o soluție adevărată de una coloidală și pentru a determina dacă o soluție dată este un coloid sau o soluție adevărată, se folosește efectul Tyndall-Faraday. Intensitatea efectului Tyndall-Faraday crește odată cu creșterea gradului de dispersie a solului, iar când se atinge un anumit grad de dispersie, acesta atinge un maxim și apoi scade. În sistemele cu dispersie grosieră (datorită faptului că dimensiunile particulelor sunt mai mari decât lungimea de undă a luminii), lumina este reflectată de la suprafața particulei la un anumit unghi și, ca urmare, se observă reflexia luminii.

În sistemele grosier dispersate, undele luminoase de diferite lungimi sunt reflectate în mod egal. Dacă sistemul cade lumină albă, atunci și lumina reflectată va fi albă.

Procesul de împrăștiere a undelor luminoase de către particulele coloidale depinde de lungimea de undă a luminii. Conform legii lui Rayleigh, intensitatea împrăștierii luminii în sistemul coloidal, din cauza difracției, este proporțională cu numărul de particule, pătratul volumului particulelor și invers proporțional cu a patra putere a lungimii de undă a luminii incidente.

Aici J0? intensitatea luminii dispersate, J? intensitatea luminii incidente, v- concentrația numerică, V? volumul particulelor, n1- indicele de refracție al fazei dispersate, n2? indicele de refracție al mediului de dispersie, k- o constantă în funcție de intensitatea luminii incidente și de diferența indicilor de refracție ai fazei dispersate și a mediului de dispersie; l- lungimea de undă a luminii, nm.

Sens n1 V ecuația dată depinde de natura substanței. Dacă n1Şi n2 sunt egale între ele, atunci efectul Tyndall-Faraday nu este observat în astfel de sisteme. Cu cât diferența dintre indicii de refracție ai fazei dispersate și mediul de dispersie este mai mare, cu atât se observă mai clar efectul Tyndall-Faraday.

Ecuația lui Rayleigh este aplicabilă numai pentru soluțiile coloidale în care dimensiunea particulelor nu este mai mare de 0,1 lungime de undă a luminii. Din ecuație este clar că intensitatea împrăștierii luminii este invers proporțională cu puterea a patra a lungimii de undă și, prin urmare, se formează unde mai scurte în timpul procesului de împrăștiere. Prin urmare, atunci când o soluție coloidală este iluminată din lateral cu lumină policromatică (albă), soluțiile coloidale au o culoare albăstruie.

***Un măr a căzut pe Newton, chinezii au admirat picăturile de pe florile de lotus, iar John Tyndall, mergând probabil prin pădure, a observat un con de lumină. Basm? Pot fi. Dar tocmai în cinste ultimul erou unul dintre cele mai frumoase efecte ale lumii noastre - efectul Tyndall - a fost numit...***

Difuzarea luminii este una dintre cele caracteristici generale sisteme foarte dispersate.

La iluminarea laterală a sistemului dispersat, se observă o strălucire irizată caracteristică, de obicei albăstruie, vizibilă în special pe un fundal întunecat.

Această proprietate, asociată cu împrăștierea luminii de către particulele fazei dispersate, se numește opalescență, de la denumirea de opal - opalus (latină), un mineral translucid de culoare albăstruie sau alb-gălbuie. În 1868, el a descoperit că atunci când o soluție coloidală este iluminată din lateral cu un fascicul de lumină dintr-o sursă puternică, se observă un con luminos, uniform luminos - con Tyndall, sau Efectul Tyndall, în timp ce în cazul unei soluții cu greutate moleculară mică, lichidul apare optic gol, adică urma fasciculului este invizibilă.

în stânga este o soluție de amidon 1%, în dreapta este apă.

Efectul Tyndall apare atunci când se împrăștie pe particulele în suspensie ale căror dimensiuni depășesc dimensiunile atomilor de zeci de ori. Când particulele de suspensie se măresc la dimensiuni de ordinul a 1/20 din lungimea de undă a luminii (de la aproximativ 25 nm și mai sus), împrăștierea devine policromatică, adică lumina începe să se împrăștie uniform pe întreaga gamă vizibilă de culori de la violet la roșu. . Ca urmare, efectul Tyndall dispare. Acesta este motivul pentru care ceața densă sau norii cumulus ni se par albi - ei constau într-o suspensie densă de praf de apă cu diametre ale particulelor variind de la microni la milimetri, care este mult peste pragul de împrăștiere Tyndall.
Ai putea crede că cerul ni se pare albastru din cauza efectului Tyndall, dar nu este așa. În absența norilor sau a fumului, cerul devine albastru din cauza împrăștierii „luminii zilei” de către moleculele de aer. Acest tip de împrăștiere se numește împrăștiere Rayleigh (după Sir Rayleigh). În împrăștierea Rayleigh, lumina albastră și cyan este împrăștiată chiar mai mult decât în ​​efectul Tyndall: de exemplu, lumina albastră cu o lungime de undă de 400 nm este împrăștiată în aer curat de nouă ori mai puternic decât lumina roșie cu o lungime de undă de 700 nm. De aceea, cerul ni se pare albastru - lumina soarelui se împrăștie în întregul interval spectral, dar în partea albastră a spectrului este aproape cu un ordin de mărime mai puternic decât în ​​roșu. Razele ultraviolete care provoacă bronzarea la soare sunt împrăștiate și mai puternic. De aceea bronzul este distribuit destul de uniform pe corp, acoperind chiar si acele zone ale pielii care nu sunt expuse la lumina directa a soarelui.

Efectul Tyndall, Tyndall împrăștiere(engleză) Efectul Tyndall) - efect optic, împrăștiere a luminii atunci când un fascicul de lumină trece printr-un mediu optic neomogen. De obicei observat ca un con luminos ( con Tyndall), vizibil pe un fundal întunecat.

Efectul Tyndall este numit după John Tyndall, care l-a descoperit.

Vezi de asemenea

Scrieți o recenzie a articolului „Efectul Tyndall”

Legături

Extras care descrie efectul Tyndall

— Bine, bine, îmi vei spune mai târziu, spuse prințesa Marya roșind.
— Lasă-mă să o întreb, spuse Pierre. - Ai văzut tu însuți? – a întrebat el.
- De ce, părinte, tu însuți ai fost onorat. Există o astfel de strălucire pe față, ca o lumină cerească, și din obrazul mamei mele tot picură și picură...
— Dar aceasta este o înșelăciune, spuse naiv Pierre, care l-a ascultat cu atenție pe rătăcitor.
- O, părinte, ce spui! - spuse Pelageyushka cu groază, întorcându-se către Prințesa Marya pentru protecție.
„Ei înșală oamenii”, a repetat el.
- Doamne Iisuse Hristoase! – spuse rătăcitorul făcându-și cruce. - O, nu-mi spune, tată. Așa că un anaral nu a crezut, a spus: „călugării înșală” și, după cum a spus, a orb. Și a visat că mama lui Pecersk a venit la el și i-a spus: „Aveți încredere în mine, vă voi vindeca”. Așa că a început să întrebe: ia-mă și du-mă la ea. Vă spun adevărul adevărat, l-am văzut și eu. L-au adus orb direct la ea, el s-a sus, a căzut și a zis: „Vindecă-te! „Îți voi da”, spune el, „ceea ce ți-a dat regele”. Eu însumi am văzut-o, tată, steaua era înglobată în ea. Ei bine, mi-am primit vederea! Este un păcat să spui asta. „Dumnezeu va pedepsi”, i se adresa ea instructiv lui Pierre.
- Cum a ajuns vedeta în imagine? întrebă Pierre.
- Ai făcut-o pe mama ta general? – spuse prințul Andrei zâmbind.

În mediile tulburi, lumina violetă și albastră sunt împrăștiate cel mai mult, în timp ce lumina portocalie și roșie sunt împrăștiate cel mai puțin.

Efectul Tyndall a fost descoperit ca rezultat al studiului unui om de știință asupra interacțiunii razelor de lumină cu medii diferite. El a descoperit că atunci când razele de lumină trec printr-un mediu care conține o suspensie de particule solide minuscule - de exemplu, aer prăfuit sau fumuriu, soluții coloidale, sticlă tulbure - efectul de împrăștiere scade pe măsură ce culoarea spectrală a fasciculului se schimbă de la albastru-violet la galben. -partea roșie a spectrului. Dacă treceți lumină albă, cum ar fi lumina soarelui, printr-un mediu tulbure, care conține întregul spectru de culori, atunci lumina din partea albastră a spectrului va fi parțial împrăștiată, în timp ce intensitatea părții verde-galben-roșie a spectrului. lumina va rămâne aproape aceeași. Prin urmare, dacă ne uităm la lumina împrăștiată după ce aceasta a trecut printr-un mediu tulbure departe de sursa de lumină, va apărea mai albastră decât lumina originală. Dacă ne uităm la o sursă de lumină de-a lungul liniei de împrăștiere, adică printr-un mediu tulbure, sursa ni se va părea mai roșie decât este în realitate. Acesta este motivul pentru care ceata de la incendiile de pădure, de exemplu, ne pare albăstrui-violet.

Efectul Tyndall apare atunci când sunt împrăștiate de particulele în suspensie ale căror dimensiuni depășesc dimensiunile atomilor de zeci de ori. Când particulele de suspensie sunt mărite la dimensiuni de ordinul a 1/20 din lungimea de undă a luminii (de la aproximativ 25 nm și mai sus), împrăștierea devine policrom, adică lumina începe să se împrăștie uniform pe întreaga gamă vizibilă de culori de la violet la roșu. Ca urmare, efectul Tyndall dispare. Acesta este motivul pentru care ceața densă sau norii cumulus ni se par albi - ei constau într-o suspensie densă de praf de apă cu diametre ale particulelor variind de la microni la milimetri, care este mult peste pragul de împrăștiere Tyndall.

Ai putea crede că cerul ni se pare albastru din cauza efectului Tyndall, dar nu este așa. În absența norilor sau a fumului, cerul devine albastru din cauza împrăștierii „luminii zilei” de către moleculele de aer. Acest tip de împrăștiere se numește împrăștierea Rayleigh(în onoarea lui Sir Rayleigh; cm. criteriul Rayleigh). În împrăștierea Rayleigh, lumina albastră și cyan este împrăștiată chiar mai mult decât în ​​efectul Tyndall: de exemplu, lumina albastră cu o lungime de undă de 400 nm este împrăștiată în aer curat de nouă ori mai puternic decât lumina roșie cu o lungime de undă de 700 nm. Acesta este motivul pentru care cerul ni se pare albastru - lumina soarelui este împrăștiată pe întregul interval spectral, dar în partea albastră a spectrului este aproape cu un ordin de mărime mai puternic decât în ​​roșu. Razele ultraviolete care provoacă bronzarea la soare sunt împrăștiate și mai puternic. De aceea bronzul este distribuit destul de uniform pe corp, acoperind chiar si acele zone ale pielii care nu sunt expuse la lumina directa a soarelui.

John Tyndall, 1820-93

Fizician și inginer irlandez. Născut în Leighlin Bridge, County Carlow. La finalizare liceu a lucrat ca topograf-topograf în organizații militare și în construcții căi ferate. În același timp, a absolvit Institutul Mecanic din Preston. Demis din serviciul de geodezică militară pentru protest împotriva condițiilor proaste de muncă. A predat la Queenwood College (Hampshire), în timp ce își continua autoeducația. În 1848-51. a participat la cursuri la universitățile din Marburg și Berlin. Întors în Anglia, a devenit profesor și apoi profesor la Royal Institution din Londra. Principalele lucrări ale omului de știință sunt dedicate magnetismului, acusticii, absorbției radiațiilor termice de către gaze și vapori, împrăștierii luminii în medii tulburi. . A studiat structura și mișcarea ghețarilor din Alpi.

Tyndall era extrem de pasionat de ideea de a populariza știința. A ținut în mod regulat prelegeri publice, adesea sub formă de prelegeri gratuite pentru toată lumea: pentru muncitorii din curțile fabricii în pauzele de masă, prelegeri de Crăciun pentru copii la Instituția Regală. Faima lui Tyndall ca popularizator a ajuns și de cealaltă parte a Atlanticului - întregul tiraj al ediției americane a cărții sale Fragments of Science Ştiinţă, 1871) a fost vândut într-o singură zi. A murit de o moarte absurdă în 1893: în timp ce pregătea cina, soția omului de știință (care i-a supraviețuit cu 47 de ani) a folosit din greșeală unul dintre reactivii chimici depozitați în bucătărie în loc de sare de masă.