7.9.9. Оптические свойства коллоидных растворов.
Если рассматривать путь светового луча, проходящего через совершенно прозрачный коллоидный раствор, сбоку на темном фоне, то он становится видимым (Рис.7.12). Этот оптический эффект называется, по имени английского физика, конусом Тиндаля (1820-1893 гг.). Он вызывается рассеянием света частицами дисперсной фазы коллоидного раствора и является следствием коллоидной степени дисперсности этих частиц. При сильном увеличении каждая частица в конусе Тиндаля кажется светящейся точкой. Размеры и форму частиц нельзя установить, можно лишь подсчитать их число.
Рис. 7.12. Схематическое изображение эффекта Тиндаля. А – источник света, В – линза, С – коллоидный раствор.
Частицы дисперсной фазы золей по своим размерам меньше длин волны видимого света (380-760 нм) и составляют < 0,1 λ. Поэтому они рассеивают свет, причем довольно интенсивно, но не отражают его. Частицы в грубодисперсных системах отражают свет, их величину и форму часто можно установить без оптического увеличения. Эффект Тиндаля можно наблюдать в темноте при прохождении луча света через запыленное и накуренное помещение.
Теория рассеяния света была развита английским физиком Рэлеем, поэтому рассеяние света коллоидными системами называют рэлеевским. Зависимость интенсивности рассеянного света (Iр) от длины волны (), объема частицы (V), численной концентрации частиц описывается уравнением Рэлея (7.39):
|
|
(7.36) |
,где K – константа, зависящая от интенсивности падающего света и от разности показателей преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды. Если показатели преломления среды и дисперсной фазы равны, то рассеяния не происходит.
Как видно из уравнения Рэлея, интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени, т.е. свет коротких волн рассеивается сильнее, таковыми являются волны синей и фиолетовой части спектра. Поэтому при рассеянии белого света коллоидными системами наблюдается голубоватый оттенок. Голубой цвет неба и синий цвет морской воды объясняется явлением светорассеяния. Различие окраски в лучах проходящего и отраженного света, обусловленное светорассеянием называется опалесценцией.
7.9.10. Структурно-механические свойства дисперсных систем
К структурно-механическим свойствам относят вязкость, упругость, пластичность, прочность. Структурно-механические свойства исследует наука реология.
В разбавленных золях при больших расстояниях между коллоидными частицами взаимодействием между ними можно пренебречь. Такие системы называют свободнодисперсными (бесструктурными).
При увеличении концентрации дисперсной фазы между частицами возникают контакты, при этом за счет ванн-дер-ваальсовых сил образуются структуры. К структуированным коллоидным системам относятся обладающие малой прочностью гели, в которых частицы дисперсной фазы разделены прослойками среды. При определенных условиях гели могут превращаться в золи и, наоборот, при длительном хранении гидрофильные золи переходят в особое «студнеобразное» коллоидное состояние. В таком виде их называют гелями. Структура геля такова, что мицеллы не разрушаются, а просто связываются друг с другом, образуя своеобразные ячейки, внутри которых сохраняется среда, например, вода. Гель можно высушить, превратив его в твердый коллоид. Примером гидрофильного золя может служить золь желатина. При набухании твердого желатина в воде образуется гель. При нагревании геля («студня») образуется золь. Все процессы обратимы:
Золь Гель Твердый коллоид