Презентація "Оптичні властивості дисперсних систем"

Оптичні властивості дисперсних систем. Роботу виконав вчитель хімії та біологіїФілії Стульневський НВКСтародубцева А. О.

План. Поняття про оптичні властивості дисперсних систем. Конус Тіндаля. Проходження світла. Коагуляція дисперсних систем. Методи дослідження дисперсних систем. Висновки. Література

1. Оптичні властивості дисперсних систем   Оптичні властивості дисперсних систем обумовлені взаємодією електромагнітного випромінювання деякої енергії з частинками дисперсної фази. Залежно від властивостей частинок дисперсної фази та їх розмірів світло, проходячи крізь дисперсійну систему може поглинатися, відбиватися чи розсіюватися. Дисперсні системи здатні до розсіювання світла у тому випадку, якщо розміри частинок дисперсної фази набагато менше довжини світла.

2. Конус Тіндаля Методи дослідження дисперсних систем (визначення розміру, форми і заряду частинок) засновані на вивченні їх особливих властивостей, обумовлених гетерогенністю і дисперсністю, зокрема оптичних. Колоїдні розчини володіють оптичними властивостями, що відрізняють їх від справжніх розчинів, - вони поглинають і розсіюють світло, що проходить через них. При бічному розгляді дисперсної системи, через яку проходить вузький світловий промінь, усередині розчину на темному фоні видно голубуватий так званий конус Тіндаля, що світиться . Те ж саме відбувається, коли ми помічаємо в запорошеній кімнаті світлу смугу сонячного світла з вікна. Це явище називається опалесценцією.

РОЗСІЮВАННЯ СВІТЛА Розсіяння світла можливе, якщо розмір колоїдної частинки менше довжини хвилі світла, що проходить, і показники заломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища різні. Розміри колоїдних частинок менше довжин хвиль видимої частини спектру (приблизно 0,1-0,2 довжини хвилі світла), і поглинена світлова енергія знов випускається частинками в різних напрямах, що виявляється в розсіюванні світла. Інтенсивність світлорозсіяння різко збільшується із зменшенням довжини світлової хвилі.

Конус Тіндаля тим яскравіше, чим вище концентрація і більше розмір частинок. Інтенсивність світлорозсіяння посилюється при короткохвильовому випромінюванні і при значній відмінності показників заломлення дисперсної і дисперсійної фаз. Із зменшенням діаметру частинок максимум поглинання зміщується в короткохвильову частину спектру, і високодисперсні системи розсіюють коротші світлові хвилі і тому мають голубувате забарвлення. На спектрах розсіяння світла засновані методи визначення розміру і форми частинок.  

Світлорозсіяння в колоїдних розчинах виявляється у вигляді опалесценції - матового свічення (зазвичай голубуватих відтінків), яке добре помітно на темному фоні при бічному освітленні золя. Причиною опалесценції є розсіяння світла на колоїдних частинках за рахунок дифракції. З опалесценцією  пов'язано характерне для колоїдних систем явище - ефект Тіндаля: при пропусканні пучка світла через колоїдний розчин з напрямів, перпендикулярних світлу, спостерігається освіта в розчині конуса, що світиться. Конус Тіндаля в небі.

Процес дифракційного світлорозсіяння на частинках, розмір яких значно менше довжини хвилі описується рівнянням, об'ємом частинки V, довжиною хвилі л і амплітудою, зв'язує інтенсивність розсіяного одиницею об'єму світла I з числом частинок в одиниці об'єму н Релея А падаючого випромінювання і показниками заломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища n1 і n2 відповідно:

Теорію розсіювання світла відкрив англійський вчений Релей. Розсіювання полягає у перетворенні світла речовиною, яке супроводжується зміною його напрямку. Світлорозсіювання характерне для білих золів, тобто для не електропровідних, оптично однорідних та прозорих частинок.

2. Проходження світла Найбільш характерні явища, які супроводжують процеси проходження світла через колоїдні системи. При падінні світлового пучка на дисперсну систему спостерігаються такі ефекти: 1. Проходження світла через систему. 2. Заломлення світла частинками дисперсної фази. 3. Відбивання світла частинками дисперсної фази. 4. Розсіювання світла на частинках дисперсної фази (це явище виявляється у вигляді опалесценції). 5. Абсорбція світла (поглинання світла) дисперсною фазою (це явище супроводжується переходом світлової енергії в теплову чи в енергію вторинного випромінювання). Проходження світла характерне для незабарвлених систем молекулярного або іонного ступеня дисперсності (гази, істинні розчини І Т. П.).

3. Коагуляція дисперсних систем Коагуляцією називають зменшення дисперсності системи в результаті злипання частинок дисперсної фази. 

Коагуляція може відбуватися внаслідок старіння системи, зміни температури, механічної дії, дії електромагнітного поля та ін. Однак найбільш важливе теоретичне і практичне значення має коагуляція під дією електролітів.

Коагулюючи дію має лише той іон електроліту, заряд якого протилежний заряду колоїдної частинки. Коагулююча здатність іона тим більша, чим більший його заряд. Ця залежність називається правилом Шульце—Гарді.

У грубодисперсних системах в основному спостерігається віддзеркалення світла від поверхні частинок. Відбивання світла молекулою.

4. Методи дослідження дисперсних систем Для дослідження дисперсних систем, застосовують оптичні методи аналізу: ультрамікроскопію, електронну мікроскопію, інфрачервону спектроскопію, ядерний магнітний резонанс, рентгенографію та інші.

Найчастіше використовують електронну спектроскопію, яка дозволяє встановити розмір і форму частинок, макромолекул і надмолекулярних утворень (тонку будову клітини, структуру макромолекули). Спектометр.   

Інший метод – нефелометрія, яка дозволяє визначити розмір частинок та їх концентрацію. Метод засновано на здатності високодисперсних частинок розсіювати світло згідно із законом Релея. Нефелометрія.

Рентгенографія ( projection radiography, plain film radiography, X-ray imaging, roentgenography, X-ray study, X-ray filming) — дослідження внутрішньої структури об'єктів, які відображаються за допомогою рентгенівських променів. Будова кристала.

Висновки Виходячи з вивчення оптичних властивостей розчинів, можна зробити висновок, що при проходженні світла крізь дисперсну систему, світло може поглинатися, відображатися або розсіюватися. Поглинання світла – це явище вибіркове. Одні речовини повністю поглинають світло, а другі поглинають тільки промені визначної частини спектру. Поглинання світла властиве любим дисперсним системам. Відображення світла можливе тільки у грубо дисперсних системах: суспензіях, емульсіях. Відображення світла проявляється в каламутних дисперсних системах, як при прямому проходженні світла так і при боковому проходження світла.

Література1. Мороз А. С., Яворська Л. П., Луцевич Д. Д. та ін. Біофізична та колоїдна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2007. – 600 с.2. Кабачний В.І., Осипенко Л. К., Грицан Л. Д. та ін. Фізична та колоїдна хімія – Х.: Прапор, В-во Укр. ФА, 1999. – 368 с.3. Кабачний В.І., Осипенко Л. К., Грицан Л. Д. та ін. Фізична та колоїдна хімія. Збірник задач. – Х.: Золоті сторінки, 2001. – 207 с.4. Вовокотруб Н. П., Смик С. Ю., Бойко Р. С. Практикум з фізичної та колоїдної хімії. Електронний навчальний посібник, 2002. – 257 с.5.  Мороз А. С., Ковальова А. Г. Фізична та колоїдна хімія. – Львів: Світ, 1994. –  280 с.6.  Матеріали сайту http://www.tdmu.edu.te.ua/