Оптические свойства коллоидов

Поскольку золь состоит из двух разных фаз, его оптические свойства будут отличаться от оптических свойств истинного раствора.

Главное оптическое явление, наблюдаемое у золей – рассеяние света. Именно в гетерогенных системах оно проявляется особенно сильно, хотя из-за флуктуаций плотностей наблюдается и в истинных гомогенных растворах, хотя в гораздо меньшей степени. На интенсивность рассеянного света оказывает влияние его длина волны: при освещении золя белым светом рассеянный свет богаче коротковолновым излучением, а прошедший – длинноволновым. По теории Релея интенсивность света, рассеиваемого частицей (S1), определяется по формуле

S1 = (р2(1+cosи)/2l2л4)∙((n21 – n20)/(n21 + 2n20))2∙V2I0 (20) – уравнение Релея.

Полная интенсивность света, рассеиваемая частицей во всех направлениях, равна

R1 = 24р3л4∙((n21 – n20)/(n21 + 2n20))2∙V2I0 (21)

Мутность системы равна

ф = 24р3л4∙((n21 – n20)/(n21 + 2n20))2∙N1V2 (22)

Тогда

R N1 = фI0 (23)

В этих формулах и – угол между направлением падающего пучка и пучка рассеянного света, l – расстояние от сферической частицы при наблюдении рассеяния, V – объём частицы, n1 и n0 – показатели применения частицы и среды, N1 – число частиц в единице объёма.

Если на золь направить луч света и смотреть на раствор перпендикулярно ходу луча, можно увидеть световой конус, созданный лучом в растворе. Это явление – эффект Фарадея – Тиндаля. Он обусловлен рассеянием света на мицеллах.

Опалесценция – это характерное для гетерогенных систем свечение обычно голубоватых оттенков, возникающее вследствие возбуждения электронов атомов при прохождении света через вещество. В гомогенной среде такое излучение гасится интерференцией, поскольку коэффициент светопреломления в каждой точке однородной среды одинаков. В гетерогенной системе имеются участки с различными величинами коэффициента светопреломления, возникающее излучение гасится не полностью.

Поглощение света в коллоидных системах может осуществляться как дисперсной фазой, так и дисперсионной средой. Если дисперсионная среда для света с данной длиной волны прозрачна, поглощение света осуществляется дисперсной фазой.

Тогда закон поглощения света Бугера-Ламберта-Бера имеет вид:

I = I0∙exp (-Elc) (24)

I – интенсивность прошедшего света, I0 – интенсивность упавшего на вещество света, l – толщина поглощающего слоя, с – концентрация поглощающего свет вещества, Е – постоянная абсорбции, отнесённая к выбранной единице концентрации.

Нефелометрия – это аналитический метод определения концентрации частиц, основанный на измерении интенсивности рассеянного света. В этом методе используется зависимость рассеяния света золем от концентрации частиц в нём.

Ультрамикроскопия – это метод, при котором наблюдается свет, рассеянный одиночными частицами. При помощи ультрамикроскопа можно определять и средней размер частиц золя, и их форму (анизодиаметрические частицы вследствие вращательного броуновского движения мерцают).