Коллоидная химия

Теорию светорассеяния создал Рэлей.

При прохождении световой волны переменное во времени электромагнитное поле вызывает поляризацию частиц. Возникающие диполи с переменными электромагнитными моментами являются источниками излучения света. В однородной среде свет, излучаемый всеми диполями, вследствие интерференции распространяется только в первоначальном направлении. Если же в среде имеются неоднородности с другими показателями преломления, например, коллоидные частицы, то диполи излучают нескомпенсированное излучение во всех направлениях - рассеянный свет.

Интенсивность рассеянного света в различных направлениях различна. Однако длина волны рассеянного света такая же, как и падающего.

Рэлей вывел уравнение, связывающее интенсивность рассеянного света I с интенсивностью падающего света , справедливое при условии, что:

• частицы имеют сферическую форму;

• частицы не проводят электрический ток (т.е. являются неметаллическими);

• частицы не поглощают свет, т.е. являются бесцветными;

• коллоидный раствор является разбавленным в такой степени, что расстояние между частицами больше длины волны падающего света.

Уравнение Рэлея:

где V - объем одной частицы, - частичная концентрация, - длина волны; - показатель преломления частицы, - показатель преломления среды.

Рассмотрим зависимость I от различных параметров системы.

1. Интенсивность рассеянного света тем больше, чем больше различаются показатели преломления частицы и среды (). Таким образом, если показатели преломления одинаковы, то светорассеяние будет отсутствовать и в неоднородной среде.

2. Интенсивность рассеянного света тем больше, чем больше частичная концентрация . Массовая концентрация с, , которой обычно пользуются при приготовлении растворов, связана с частичной концентрацией выражением:

где - плотность частицы.

Если подставить в уравнение Рэлея взамен частичной концентрации массовую с, получим:

Таким образом, интенсивность рассеянного света пропорциональна объему частицы и, следовательно кубу ее линейного размера.

3.2.2.

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА И ОКРАСКА ЗОЛЕЙ

Следует отметить, что эта зависимость сохраняется только в области малых размеров частиц, когда

где r - радиус частиц.

Для видимой части спектра это условие соответствует значениям С увеличением r рост I замедляется, а при рассеяние заменяется отражением.

Итак, интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна с.

На этом основано применение измерений светорассеяния для определения концентрации золя с частицами постоянного размера.

3. Интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени. Это означает, что при прохождении через коллоидный раствор пучка белого света преимущественно рассеиваются короткие волны - синей и фиолетовой частей спектра. Поэтому бесцветный золь в рассеянном свете имеет голубоватую окраску, а в проходящем свете - красноватую.

Голубой цвет неба также обусловлен рассеянием света мельчайшими капельками воды в атмосфере. Оранжевый или красный цвет неба при восходе или заходе Солнца объясняется тем, что утром или вечером наблюдается, главным образом, свет, прошедший через атмосферу.

Зависимость I от имеет и практическое значение, например, в сигнализации. Красный цвет выбран сигналом опасности именно потому, что он виден в туманную погоду на больших расстояниях, чем любой другой, вследствие малого рассеяния. Лампы синего света применяют для светомаскировки, когда хотят, чтобы они остались незамеченными с самолетов, так как синие лучи при прохождении через толстый слой воздуха, особенно если в нем содержатся частицы пыли или тумана, полностью рассеиваются.

Малое рассеяние инфракрасных и коротких радиоволн используется для локации, так как эти волны обладают большой проницаемостью и в то же время незначительным рассеянием. Зеленые растения поглощают именно красные лучи солнечного света, потому что они менее всего рассеиваются атмосферой Земли.