Вопросы для самоконтроля по теме: «Определение изоэлектрической точки раствора желатина по зависимости мутности от рН среды» 1. Какими оптическими свойствами обладает коллоидная система? Что такое оптическая плотность? Уравнение Ламберта-Бугера-Бера. При падении луча света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления: прохождение света через систему; преломление света частицами дисперсной фазы; отражение света частицами дисперсной фазы; рассеяние света (это явление проявляется в виде опалесценции); абсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую. Прохождение света характерно для прозрачных систем молекулярной или ионной степени дисперсности (газы, большинство индивидуальных жидкостей и истинных растворов, аморфные и кристаллические тела). Преломление и отражение света всегда наблюдаются у микрогетерогенных систем и находят свое выражение в мутности относительно грубых суспензий и эмульсий и дымов, наблюдаемой как в проходящем (прямом), так и отраженном (боковом) свете. Для коллоидных систем наиболее характерны рассеяние и абсорбция света. Светорассеяние наблюдается только тогда, когда длина световой волны больше размера частицы дисперсной фазы. Если длина световой волны много меньше диаметра частицы, происходит отражение света, проявляющееся в мутности, заметной визуально. Интенсивность рассеянного света пропорциональна квадрату объема частицы или для сферических частиц шестой степени их радиуса. Уменьшение размера частиц при сохранении весовой концентрации золя ведет к соответствующему уменьшению светорассеяния. При увеличении частиц до размера, значительно превышающего длину световой волны, светорассеяние переходит в отражение света и по мере увеличения частиц интенсивность рассеянного света уменьшается. Опалесценция — оптическое явление, заключающееся в резком усилении рассеяния света чистыми жидкостями и газами при достижении критической точки, а также растворами в критических точках смешения. Причиной явления является резкое возрастание сжимаемости вещества, сопровождающееся усилением флуктуаций плотности, на которых и происходит рассеяние света. Существует также связанная с интерференцией света опалесценция минералов, когда от опала или других минералов отражается молочно-белый или перламутровый свет. Эффект Тиндаля, рассеяние Тиндаля — оптический эффект, рассеяние света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося конуса (конус Тиндаля), видимого на тёмном фоне. Характерен для растворов коллоидных систем (например, золей, металлов, разбавленных латексов, табачного дыма), в которых частицы и окружающая их среда различаются по показателю преломления. На эффекте Тиндаля основан ряд оптических методов определения размеров, формы и концентрации коллоидных частиц и макромолекул. Оптическая плотность — мера поглощения света прозрачными объектами или отражения света непрозрачными объектами. Закон Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.Закон выражается следующей формулой: где I0 — интенсивность входящего пучка, l — толщина слоя вещества, через которое проходит свет, kλ — коэффициент поглощения (не путать с безразмерным показателем поглощения κ, который связан с kλ формулой kλ = 4πκ / λ, где λ - длина волны). Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества. 2. В чем состоит явление светорассеяния? От каких свойств коллоидной системы зависит интенсивность светорассеяния? Напишите уравнение Рэлея. При прохождении света через золь происходят следующие явления: поглощение (абсорбция) света, преломление света, отражение света, рассеяние света. Явление опалесценции, конус Тиндаля - это следствие рассеяния света. Теорию этого явления разработал английский ученый Дж. У. Рэлей. Если радиус частиц золя меньше длины полуволны падающего света (r < l/2), то луч света не отражается, а огибает частицу под различными углами. Это и является причиной рассеяния света. Рэлей создал теорию этого явления, в первую очередь, для золей диэлектриков, не несущих на поверхности частиц заряда. В общем виде уравнение Рэлея: где I – интенсивность рассеянного света; I0 – интенсивность падающего света; А – постоянная. При r < (l/20) уравнение Рэлея имеет вид: где n – частичная концентрация в дисперсной системе (число частиц в 1 см3); V – объем одной частицы; l – длина волны падающего света; n2, n1 – показатели преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды. Из уравнения Рэлея следует, что яркость опалесценции растет с уменьшением длины волны. Голубое свечение обусловлено тем, что светорассеяние коротких волн (синих и фиолетовых) происходит интенсивнее, чем длинных (красных и желтых). В проходящем свете относительное содержание лучей с короткой длиной волны будет уменьшаться, поэтому мутные среды, опалесцирующие голубым светом, в проходящем свете кажутся красноватыми или даже красными, если мутность достаточно сильна. Интенсивность рассеянного света зависит от степени дисперсности. Наибольшее светорассеяние будет в коллоидных системах, меньше оно в грубодисперсных системах. В последних будет преобладать отражение, а не рассеяние света. 3. В чем заключается эффект Тиндаля? Какие оптические приборы основаны на явлении светорассеяния? В чем принцип нефелометрии? Тиндаля эффект – рассеяние света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося конуса (конус Тиндаля), видимого на тёмном фоне. Характерен для растворов коллоидных систем, в которых частицы и окружающая их среда различаются по преломления показателю. На эффекте основан ряд оптических методов определения размеров, формы и концентрации коллоидных частиц и макромолекул, например Нефелометрия. Нефелометрия - совокупность методов измерения интенсивности рассеянного в данной среде видимого или ультрафиолетового света с целью определения концентрации, размера и формы диспергированных частиц в дисперсных системах. Рассеяние света — отражение его освещенными частицами взвесей имеет различный характер в зависимости от соотношения размеров диспергированных частиц и длины волны падающего света. Если наибольший размер взвешенных частиц меньше 0,1 длины волны, то рассеяние света в пространстве симметрично и называется рэлеевским рассеянием. Рассеяние света частицами больших размеров сильнее, но неравномерно: оно больше в направлении движения луча падающего света. Теория рассеяния света приложима при измерении интенсивности как рассеянного света (собственно нефелометрия), так и ослабленного, вследствие рассеяния, проходящего света (турбидиметрия). После калибровки по суспензиям с известными концентрациями можно определять концентрацию дисперсной фазы, что используется в химическом анализе. Измеряя интенсивность светорассеяния в растворах при разных концентрациях, определяют молекулярные массы полимеров. Угловая зависимость светорассеяния для больших частиц, а также степень поляризации рассеянного света даёт информацию о форме частиц (или макромолекул). Кроме того, нефелометрия используется при исследовании эмульсий и др. коллоидных систем, в метеорологии, физике моря при изучении некоторых биологических объектов.