2.7. Оптические свойства коллоидных растворов

Для золей характерна оптическая неоднородность, обусловленная тем, что коллоидные частицы обладают свойством рассеивать падающие на них лучи света, так как длина световой волны (λ) больше размера частицы дисперсной фазы. Если рассматривать коллоидные растворы в проходящем свете, то они кажутся совершенно прозрачными и ничем не отличающимися от истинных растворов. Однако при рассмотрении этих же растворов в отражённом свете можно наблюдать опалесценцию – явление бокового свечения. Опалесценция становится более заметной, если вместо параллельного пучка света через коллоидный раствор пропускать пучок сходящихся лучей, поместив между этим раствором и источником света выпуклую линзу. При рассмотрении такого раствора сбоку в нём виден яркий светящийся конус (рис. 35).

^{а б}

Рис. 35. Конус Тиндаля (а) и схема его получения (б) −

признак коллоидного состояния вещества

Впервые это явление наблюдал М.В. Ломоносов, однако подробно оно было изучено Д. Тиндалем, и поэтому светящийся конус называют конусом Тиндаля. На рис. 36 показана модель эффекта Тиндаля в кинотеатре.

Рис. 36. Модель эффекта Тиндаля в кино (отражение света пылинками)

Ломоносов Михаил Васильевич (1711-1765) – первый русский учёный-естествоиспытатель мирового значения, человек энциклопедических знаний, разносторонних интересов и способностей, один из основоположников физической химии, поэт, заложивший основы современного русского литературного языка, художник, историк, поборник отечественного просвещения и развития самостоятельной русской науки.
Тиндаль Джон (1820-1893) – английский физик, член Лондонского королевского общества. Его основные труды посвящены магнетизму, акустике, поглощению теплового излучения газами и парами, рассеянию света в мутных средах.

Причина эффекта Тиндаля заключается в следующем. Коллоидный раствор содержит мелкие взвешенные частицы дисперсной фазы, показатель преломления которой отличается от показателя преломления дисперсионной среды. При попадании на эти частицы пучка света они становятся центрами рассеяния света, а образуемые ими вторичные волны усиливают друг друга и порождают рассеяние света.

Светорассеяние является уникальным свойством коллоидных систем, которое позволяет отличить их от истинных растворов.

Оптические свойства дисперсных систем используются при определении структуры, размеров и формы коллоидных частиц, что основано на соизмеримости электромагнитной световой волны с их размерами. Поскольку коллоидные частицы золей значительно меньше длин лучей видимого света, то они довольно интенсивно рассеивают (но не отражают) свет вследствие его дифракции¹ в микрогетерогенной системе.

Явление рассеяния света коллоидными частицами позволило создать ультрамикроскоп, с помощью которого частицы, рассматриваются как светящиеся точки. Эти точки свидетельствуют о броуновском движении (рис. 30), вызываемом хаотичными ударами со стороны молекул среды, находящихся в тепловом движении. Это движение препятствует коагуляции и оседанию коллоидных частиц и является одной из причин устойчивости золей.

Изучение броуновского движения показало, что кинетические свойства коллоидных растворов близки к таковым истинных растворов. Однако интенсивность движения частиц дисперсной фазы в коллоидных растворах намного меньше, чем молекул в истинных растворах (что связано с большой разностью в их размерах).