5.2. Поглощение света и окраска золей

Многие коллоидные растворы имеют окраску, что указывает на поглощение ими света. Поглощение света – ослабление светового потока при прохождении его сквозь среду.

Для истинных растворов поглощение света описывается законом Бугера-Ламберта-Бера:

,

где I_п,I₀– интенсивность прошедшего и падающего света соответственно;l– толщина слоя раствора;с– концентрация раствора; ε – коэффициент поглощения.

Преобразуем уравнение:

,,

где D– оптическая плотность раствора.

При падении света на систему, представляющую собой истинный раствор, происходит поглощение и частичное прохождение света. В коллоидных растворах наряду с поглощением света всегда происходит рассеяние света частицами дисперсной фазы. Поэтому интенсивность прошедшего света значительно уменьшается. Ослабление светового потока, вызванное светорассеянием, называется фиктивным поглощением. С учетом этого оптическая плотность коллоидного раствора определяется по формуле:

,

где k' – коэффициент фиктивного поглощения, зависит от показателей преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды, размера частиц, длины волны.

Окраска золя обусловлена частичным пропусканием света соответствующей длины волны. Золь всегда окрашен в цвет, дополнительный к поглощенному. Пропущенный и поглощенный световые потоки, составляющие вместе белый цвет, называются парами дополнительных цветов (рис. 48).

Например, при поглощении синевато-зеленой части спектра (490-500 нм) золь принимает красную окраску. Если объект поглощает излучение всего видимого спектра, то он кажется черным.

Для исследования цветных золей применяют светофильтры, поглощающие свет в той же области спектра, что и исследуемый золь, например, для красных золей – зеленый светофильтр.

5.3. Оптические методы исследования коллоидных растворов

На явлении рассеяния света коллоидными частицами основан ряд важнейших методов их исследования.

Ультрамикроскопия.

При использовании видимого света обычный микроскоп позволяет рассмотреть частицы размером не менее 200 нм. Ультрамикроскоп увеличивает в то же количество раз, что и обычный, но разрешающая способность его составляет 3 нм, что достигается наблюдением света, рассеянного отдельными частицами. При применении бокового освещения свет не попадает в объектив микроскопа и в глаз наблюдателя, фон поля зрения остается темным. На темном фоне становится заметным слабый свет, рассеиваемый коллоидными частицами. Они представляются наблюдателю в виде отдельных светящихся точек.

Размер и форма частиц дисперсной фазы могут быть определены косвенным путем. Для этого подсчитываю число частиц nв определенном объеме раствораV₀и находят частичную концентрацию:

ν_ч=n/V₀.

Другим методом (например, измеряя оптическую плотность коллоидного раствора) определяют массовую концентрацию, которая связана с частичной концентрацией уравнением:

Находим объем частицы, а, зная объем, можно найти радиус частицы:

;

.

Метод ультрамикроскопии позволяет исследовать коллоидные растворы с размером частиц дисперсной фазы 2-3 нм.

Электронная микроскопия.

В электронном микроскопе вместо световых лучей применяются пучки электронов с длиной волны всего 0,002 – 0,005 нм, что резко увеличивает его разрешающую способность и дает возможность непосредственно видеть и фотографировать коллоидные частицы. Внутри электронного микроскопа поддерживается глубокий вакуум. Поэтому образцы исследуемых материалов должны быть тщательно высушены, что может приводить к существенным изменениям свойств изучаемых систем. Это является недостатком метода.