Вопросы для самоконтроля по теме: «Определение

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.