Оптическая неоднородность коллоидных систем приводит к изменению их оптических свойств по сравнению с однородными средами. Поэтому при действии светового луча на коллоидную систему таких явлений, как преломление и отражение света в чистом виде (продолжение распространения светового луча под определенными углами) не наблюдается. Так, прохождение света всегда сопровождается его поглощением дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую (явление абсорбции света). А отражение и преломление света при действии светового луча на коллоидную систему выражается в эффекте светорассеяния - распространении отраженных и преломленных лучей не под какими-либо определенными углами по отношению к поверхности, а по всем направлениям (явление рассеяния света).

Изучение оптических свойств коллоидных систем дает много сведений о коллоидных частицах в растворе и способствует более глубокому пониманию свойств коллоидных систем. Так, оптические измерения позволяют определять величину, форму и концентрацию коллоидных частиц (даже таких, которые не поддаются обычному микроскопическому исследованию). При помощи оптических методов удалось проверить и доказать справедливость основных молекулярно-кинетических представлений, используемых для описания коллоидных растворов, а также связанных с ними таких явлений, как седиментация, коагуляция, броуновское движение, диффузия и др.

Сведения об оптических свойствах коллоидных систем имеют и важное практическое значение, поскольку такие весьма распространенные в природе явления, как туманы, дымы, наличие тончайших взвесей твердых частиц в речной и морской воде и т.д., имеют коллоидную природу и обладают всеми присущими коллоидным системам оптическими свойствами, знание которых необходимо для таких важных областей, как астрофизика, метеорология, навигация и др.

Рассеянием света коллоидными растворами первым занимался Тиндаль . Он обнаружил, что при боковом освещении пучком сходящихся лучей кюветы с коллоидным раствором на темном фоне в зоне прохождения световых лучей наблюдается свечение с синеватым оттенком (так называемый конус Тиндаля). Впоследствие это свечение было названо опалесценцией, а сам эффект - эффектом Тиндаля

Теоретически эффект Тиндаля был обоснован Рэлеем. Он сумел вывести уравнение, связывающее интенсивность рассеиваемого света Jp с интенсивностью падающего света Jo для случая сферических частиц, не поглощающих света и не проводящих электрического тока, и имеющих намного меньшие размеры по сравнению с длиной падающей волны в разбавленных растворах:

Ip = k Io v2 C

где Io - интенсивность падающего света, Ip - интенсивность рассеянного света, v - объем частицы, C – объемная концентрация вещества дисперсной фазы.

3.При опалесценции под действием белого света при боковом освещении бесцветные коллоидные системы обнаруживают синеватую окраску. Поскольку величина J обратно пропорциональна длине волны рассеиваются главным образом синеватые (короткие) волны. Наоборот, в проходящем свете эти коллоидные системы окрашены в красноватый цвет, так как при прохождении через коллоидный раствор из спектра в результате рассеяния выбывают лучи синего цвета. При освещении системы монохроматическим светом описанного явления, естественно, не наблюдается, так как при этом рассеянный свет может содержать только такую же волну, что и падающий. Следует заметить, что преимущественное рассеяние света с малой длиной волны объясняет цвет неба в различное время дня, также цвет морской воды. Причина голубого цвета неба днем заключается в рассеивании коротких волн солнечного света атмосферой Земли. Оранжевый или красный цвет неба при восходе или заходе Солнца объясняется тем, что утром или вечером наблюдается, главным образом, свет, прошедший через атмосферу.

4.Опалесценция золей (особенно, металлических) интенсивнее, чем растворов высокомолекулярных соединений из-за большей плотности, а следовательно, большего показателя преломления дисперсной фазы первых систем.

5.Опалесценция истинных растворов весьма незначительна. Однако светорассеяние в этих случаях может наблюдаться при применении лучей с малой длиной волны, например рентгеновских лучей (длина волны рентгеновских лучей равна 0,04—0,6 нм).

Из уравнения Рэлея можно сделать следующие выводы:

1.Для частиц данного размера интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна концентрации золя.

2.Интенсивность рассеянного света пропорциональна квадрату объема частицы или для сферических частиц шестой степени радиуса. В рэлеевской области 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.

Устойчивость дисперсных систем

•Одно из наиболее важных следствий большой поверхности дисперсной фазы заключается в том, что лиофобные дисперсные системы обладают избыточной поверхностной энергией, а следовательно, – термодинамически неустойчивы. Поэтому в дисперсных системах протекают различные самопроизвольные процессы, которые ведут к уменьшению избытка энергии. Наиболее общими являются процессы уменьшения удельной поверхности за счет укрупнения частиц. В итоге такие процессы приводят к разрушению системы.

Было предложено различать кинетическую и агрегативную устойчивости. В первом случае рассматривается выделение диспергированной фазы под действием силы тяжести в зависимости от степени дисперсности, а сама степень дисперсности полагается величиной, постоянной для данной системы. Во втором – рассматриваются условия постоянства или непостоянства самой степени дисперсности частиц.

Под устойчивостью лиофобных дисперсных систем понимается их способность препятствовать протеканию процессов, ведущих

к

изменению их дисперсности, характера распределения частиц по размерам, а также в объеме дисперсионной среды. Б. Д. Сумм предлагает различать 4 вида неустойчивости коллоидных систем.

1) Термодинамическая (агрегативная) неустойчивость прояв-

ляется в постепенном увеличении размеров дисперсных частиц или образования агрегатов из слипшихся частиц.

Эволюцию агрегативно неустойчивой дисперсной системы количественно характеризуют зависимостью размера частиц и их распределения по размерам от времени, а также временнóй зависимостью концентрации частиц.