При обсуждении рассеяния света цвета принималось, что частицы дисперсных систем не поглощают свет. Однако, многие коллоидные системы имеют окраску, что говорит о поглощении ими света в соответствующей области света. Золи могут быть бесцветны и иметь постоянную окраску, интенсивность которой меняется от концентрации дисперсной фазы и размера частиц.
Золи в проходящем свете кажутся гомогенными и очень похожи на истинные растворы. Поглощение света в них подчиняется закону Бугера – Ламберта — Бера, аналогично поглощению в цветных истинных растворах:
JП – интенсивность прошедшего света
где — коэффициент поглощения,
l – толщина слоя золя
с – концентрация золя
Коэффициент учитывает рассеяние света (мутность системы). Золи подчиняются закону Бугера-Ламберта-Бера при условии, что дисперсность частиц постоянна.
Произведение называют оптической плотностью раствора или экстинкцией, а — молярный коэффициент экстинкции. При определении Д с использованием монохроматного света всегда указывается длина волны – Дλ.
Матвеенко В. Н. — Коллоидная химия — Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
Выражение — светопропускание или относительная прозрачность раствора. Молярный коэффициент поглощения — const, характерное для данного вещества. Ее легко определить, если с =1 и l =1,
Закон Бугера – Ламберта — Бера приложим для золей с высокой степенью дисперсности и малой концентрацией золя, когда исключается взаимное влияние частиц, и если слой золя имеет сравнительно небольшую толщину.
Золи с металлическими частицами очень сильно поглощают свет, что обусловлено генерацией в частицах электрического тока, большая часть энергии превращается в теплоту. Для золей металлов характерна селективность поглощения. С ростом дисперсности максимальное поглощение сдвигается в сторону коротких волн. Для золей золота, радиус которых 20 нм наблюдается поглощение в зеленой части спектра – λ = 530 нм, они имеют ярко — красный цвет.
r = 40 — 50 нм – желтая часть спектра λmax =590 — 600 нм
r = min – высокодисп., синяя часть спектра, λmax =440 — 450 нм
Золь желтого цвета, как и истинный р-р AuCl3.
Окраска золей зависит от размера частиц.
В зависимости от дисперсности меняется и интенсивность окраски, она максимальна для средних размеров частиц ультрамикрогетерогенных систем и уменьшается как при увеличении, так и при уменьшении дисперсности. Окраска многих минералов и драгоценных камней обусловлена наличием в них высокодисперсных частиц металлов и их оксидов. Рубиновые стекла – оксида золота и железа.
Источник: studopedia.su
Окраска дисперсных систем
Окраска дисперсных систем определяется явлениями рассеяния и поглощения света. Это относится особенно к системам, содержащим токопроводящие частицы (золям металлов). В зависимости от дисперсности золя его окраска может меняться. Например: высокодисперсный золь золота с радиусом частиц дисперсной фазы 20 нм (r = 20 нм) поглощает преимущественно зеленую часть спектра и имеет красную окраску; при увеличении размеров частиц до 50 нм золь золота приобретает синюю окраску. Зеленые растения поглощают красные лучи, т.к. они меньше рассеиваются атмосферой Земли, и приобретают окраску дополнительную к красной.
Матвеенко В. Н. — Коллоидная химия — Теория ДЛФО
С явлениями избирательного поглощения и рассеяния света связана окраска драгоценных камней и самоцветов, содержащих высокодисперсные металлические включения: рубин – коллоидный раствор Cr или Au в Al2O3, синий цвет сапфиров обусловлен присутствием Ti в Al2O3, аметист – дисперсия Mn в SiO2.
Законы рассеяния и поглощения света дисперсными системами лежат в основе производства красителей, искусственных минералов.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Какие оптические свойства дисперсных систем вы знаете?
2. В каком случае происходит рассеяние света?
3. Каким уравнением количественно описывается рассеяние света?
4. От чего зависит интенсивность светорассеяния?
5. Какое уравнение количественно описывает поглощение света? Что такое оптическая плотность?
6. Чем определяется окраска дисперсных систем?
Глава 8
МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
К молекулярно-кинетическим дисперсных систем, связанным с тепловым движением частиц относятся: осмос, диффузия, броуновское движение, седиментационное равновесие. Эти свойства присущи для всех систем, содержащих достаточно малые частицы, способные принимать участие в тепловом движении. У дисперсных систем данные свойства характерны только для высокодисперсных систем.
Осмос
Осмос – процесс самопроизвольного перехода молекул растворителя через полупроницаемую мембрану (односторонняя диффузия дисперсионной среды). Давление, которое нужно приложить к системе, чтобы прекратился осмос – осмотическое давление (π).
Величина осмотического давления для разбавленных растворов
неэлектролитов определяется уравнением Вант-Гоффа:
где С – концентрация растворенного вещества, моль/л.
В дисперсных системах вместо молярной концентрации вводят понятие частичной концентрации – число кинетических единиц (коллоидных частиц) в единице объема системы (1 л). Частичная концентрация частиц связана с молярной соотношением: , тогда выражение для расчета осмотического давления в коллоидных растворах примет вид:
где – число Авогадро.
Таким образом, осмотическое давление пропорционально числу частиц, принимающих участие в тепловом движении. Так как размер коллоидных частиц много больше размеров молекул или ионов в истинных растворах при равных массовых концентрациях, величина осмотического давления в коллоидном растворе будет много меньше величины осмотического давления в истинном растворе. Например,
в 1% -м растворе сахара (М = 342 г/моль), представляющем из себя истинный раствор, осмотическое давление составляет 743 мм водяного столба. А в 1%-м растворе желатина (М = 2000 г/моль), образующем коллоидную систему, осмотическое давление всего 10 мм водяного столба.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Оптические свойства коллоидных систем
ЛЕКЦИЯ 4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ Гетерогенность дисперсных систем является причиной их оптической неоднородности и вызывает изменение направления световых, электронных, ионных и других лучей на межфазных поверхностях, а также неодинаковое поглощение или пропускание лучей веществами сопряженных фаз дисперсной системы. Всё это является причиной появления целого ряда специфических оптических явлений, присущих только коллоидным системам.
Отличие оптических свойств коллоидных систем от свойств однородных сред привело к созданию целого ряда оптических методов исследования дисперсных систем, которые широко используются для изучения состава и структуры фаз, свойств межфазных поверхностей, дисперсности системы, а также природы, состава и структуры поверхностных слоёв. 1. Рассеяние света.
Уравнение Рэлея и его анализ При падении луча света на дисперсную систему возможно его прохождение или преломление, а также отражение, рассеяние или поглощение света частицами дисперсной фазы. Прохождение света характерно для прозрачных гомогенных сред.
Отражение – для микрогетерогенных и грубодисперсных систем с размерами частиц, превышающими длину волны падающего света (0,4 — 0,7 мкм), и проявляется в виде мутности суспензий, эмульсий и аэрозолей. Для коллоидных систем с радиусом частиц меньше длины волны падающего света характерны явления рассеяния света (опалесценция) и его поглощение (абсорбция).
Явление рассеяния впервые подробно описано Тиндалем в 1868 г. При пропускании пучка света через коллоидный раствор, сбоку на темном фоне хорошо видно образование светящегося конуса. Его называют конусом Тиндаля, а наблюдаемое явление, обусловленное рассеянием света, – эффектом Тиндаля (рис.1). а б 1 Рис. 1а,б. Эффект Тиндаля . На рис.
1, б слева – истинный раствор, справа коллоидный 1 http://www.nanometer.ru/2010/10/24/effekt_tindala_219881.html Теория светорассеяния для сферических частиц, непроводящих электрический ток, разработана Рэлеем. Дисперсные системы с размерами частиц, меньше длины световой волны, рассеивают свет во всех направлениях.
При этом каждая точка неоднородности становится источником вторичных электромагнитных колебаний с частотой, равной частоте волны падающего света (дифракция). Частица представляет собой, таким образом, наведенный диполь, равный произведению поляризуемости частицы α на напряженность электрического поля Е: Р=α*Е (1) Интенсивность рассеянного света определяется величинами, входящими в уравнение (1).
Поляризуемость частицы α пропорциональна её объёму V, а интенсивность рассеяния света пропорциональна квадрату поляризуемости, а следовательно и квадрату объёма частицы. Таким образом, с ростом размера частиц интенсивность рассеяния возрастает. На поляризуемость влияет также разность показателей преломления дисперсной фазы n и дисперсионной среды n0.
Напряженность электрического поля Е характеризует плотность энергетического потока подающего света, (его интенсивность) и пропорциональна квадрату амплитуды волны, излучаемой электрическим диполем (частицей дисперсной фазы). А поскольку амплитуда волны пропорциональна квадрату частоты колебаний диполя, то интенсивность рассеянного света Jp пропорциональна частоте колебаний диполя в четвертой степени или обратно пропорциональна длине волны λ в четвертой степени.
Если падающий свет не поляризован, то интенсивность рассеянного света зависит от направления распространения излучения: Jp пропорционально (1+cos2Ɵ), где Ɵ – угол между направлениями падающего и рассеянного света (угол рассеяния). Таким образом, интенсивность рассеянного света различна в разных направлениях, при этом рассеянный свет частично поляризован.
Рассеяние и поляризацию света частицей во всех направлениях характеризует векторная диаграмма Ми (рис.1). Стрелка указывает направления падающего луча. Не заштрихованная область соответствует интенсивности неполяризованного света, заштрихованная – поляризованной части.
Как видно из диаграммы, рассеянный свет не поляризован в направлении падающего луча и под углом 180 0 . Максимально поляризован свет, рассеянный под углом 90 0 к падающему лучу. Теория Рэлея применима к разбавленным коллоидным растворам, возможность вторичного рассеяния поэтому не учитывается и интенсивность рассеянного света пропорциональна числу частиц в единице объема ʋ. а) б) Рис.I Диаграммы Ми, характеризующие рассеяние и поляризацию света сферическими частицами, не проводящими электрический ток: а) малой; б) крупной частицей.
Уравнение Рэлея для интенсивности света Jp, рассеянного единицей объема дисперсной системы со сферическими частицами, не проводящими электрический ток, с размерами r, значительно меньшими длины волны падающего света (≤0,I ) на расстоянии R от частиц в направлении, составляющем угол θ с направлением падающего луча, имеет вид: 2 (2) J p J 0 F 4 2 1 cos 2 R где 2 2 2 3 n1 n0 F = 24 2 (3) 2 n 2 n 1 0 J 0 — интенсивность падающего света; — частичная концентрация частиц в единице объема; n1 и n0 — соответственно, показатель преломления вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды; — объем одной частицы. Рассмотрим влияние различных параметров на интенсивность рассеянного света в соответствии с уравнением Рэлея. 1. Уравнение (2) применимо при отсутствии поглощения света, то есть для «белых» неметаллических золей. 2. Область строгой применимости уравнения ограниченно условием 2r / 0 ,3 , где r – радиус частиц дисперсной фазы. Для видимой части спектра λ ≈ 40 — 70 нм, это соответствует значениям радиуса r 0. К средам, в которых τ
В закладки
Разместил пособие
Эксперт по предмету «Химия»
Поделись лекцией и получи скидку 30% на платформе Автор24
Заполни поля и прикрепи лекцию. Мы вышлем промокод со скидкой тебе на почту
Твоя лекция отправлена! Жди скидку на почте. Есть еще материалы? Загрузи прямо сейчас
Загрузить еще лекции
Поделись лекцией и получи промокод на скидку 30% на платформе Автор24
Заполни поля и прикрепи лекцию. Мы вышлем промокод со скидкой тебе на почту
Твоя лекция отправлена! Жди скидку на почте. Есть еще материалы? Загрузи прямо сейчас
Источник: spravochnick.ru