Оптические свойства дисперсных систем.

При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления:

• прохождение света частицами дисперсной фазы;
• преломление света частицами дисперсной фазы (если эти частицы прозрачны);
• отражение света частицами дисперсной фазы (если частицы непрозрачны);
• рассеяние света;
• адсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую.

Характер наблюдаемых явлений зависит от размеров частиц дисперсной фазы и их соотношения с длиной волны (λ) падающего света. Прохождение света наблюдается для прозрачных систем, в которых частицы много меньше длины волны падающего света (r<<λ). Преломление и отражение света наблюдается для систем, в которых частицы много больше длины волны падающего света (r>>λ). Визуально это явление выражается в мутности этих систем.
Рассеяние света наблюдается для систем, в которых частицы дисперсной фазы меньше, но соизмеримы с длиной волны падающего света (r ≈ 0.1 λ). Именно такое соотношение выполняется для коллоидных растворов. В проходящем свете коллоидные системы прозрачны, а при боковом освещении рассеивают падающий на них свет, поэтому пучок людей в коллоидной системе виден как яркий светящийся конус (конус Тиндаля – по имени ученого, впервые подробно исследовавшего это явление). Теорию светорассеяния создал английский физик Рэлей. Он вывел уравнение, связывающее интенсивность рассеянного света I с интенсивностью падающего света I₀, длиной волны падающего света λ и размерами частиц дисперсной фазы r:

или 3

где V – объём одной частицы, ν – частичная концентрация (число частиц в единице объёма), λ – длина волны, n₁, n₀ – показатели преломления частиц и среды, соответственно.
Уравнение Релея выполняется при следующих условиях:

• частицы малы и 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.

Белый свет (дневной, солнечный свет) полихроматичен, длина волны меняется от 4·10^-7м (фиолетовый свет) до 7·10^-7м (красный свет). 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 части спектра. Поэтому бесцветный золь в рассеянном свете имеет голубоватую окраску, а в проходящем свете - красноватую. Это явление различной окраски коллоидного раствора в проходящем и рассеянном (отраженном) свете называется опалесценцией. При увеличении размера частиц зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны уменьшается.
В случае окрашенных растворов происходит наложение собственной окраски и окраски, вызванной опалесценцией (явление дихроизма света).
Все металлические золи уравнению Рэлея не починяются, так как их частицы сильно поглощают свет. Оптические свойства коллоидных систем используют при изучении размеров, формы, структуры и концентрации коллоидных частиц

ЛЕКЦИЯ № 9