Лекция 5. Оптические и молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов

План лекции:

5.1. Оптические свойства коллоидных растворов.

5.1.1. Рассеяние света.

5.1.2. Поглощение света и окраска золей.

5.1.3. Оптические методы исследования коллоидных растворов.

5.2. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов.

5.2.1. Броуновское движение.

5.2.2. Диффузия.

5.2.3. Осмотическое давление.

5.1. Оптические свойства коллоидных растворов

При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления:

• прохождение света через систему;

• преломление света частицами дисперсной фазы (если эти частицы прозрачны);

• отражение света частицами дисперсной фазы (если частицы непрозрачны);

• рассеяние света;

• абсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с пре­вращением световой энергии в тепловую.

Преобладающий характер наблюдаемых явлений за­висит от размеров частиц дисперсной фазы, от их соотно­шения с длиной волны падающего света. Прохождение света наблюдается для прозрачных сис­тем, в которых частицы гораздо меньше длины волны падающего света. Это имеет место в случае истинных растворов (молекулярно-ионная дисперсия) и большин­ства индивидуальных жидких веществ. Преломление и отражение света наблюдаются для систем, в которых частицы дисперсной фазы значительно боль­ше длины волны падающего света, что характерно для микрогетерогенных и грубодисперсных систем. Визуально это явление выражается в мутности этих систем.

Рассеяние света наблюдается для систем, в которых частицы дисперсной фазы соизмеримы с длиной волны падающего света. Именно такое соотношение выполняется для коллоидных растворов, размеры частиц дисперсной фазы в которых находится в пределах –10^-5–10^-7 см).

Итак, наиболее типичное оптическое явление в колло­идных растворах – это светорассеяние.

5.1.1. Рассеяние света

Светорассеяние описывается уравнением Рэлея, которое справедливо при условии, что частицы имеют сферическую форму, частицы не проводят электрический ток, частицы не поглощают свет, коллоидный раствор является разбавленным в такой степени, что расстояние между частицами больше дли­ны волны падающего света.

,

где V – объем одной частицы; ν – частичная концентра­ция; λ – длина волны; n₁ – показатель преломления частицы; n₀ – показатель преломления среды.

Из уравнения Рэлея следует, что^

1. Интенсивность рассеянного света тем больше, чем больше различаются показатели преломления частицы и среды (n₁ – n₀). Таким образом, если показатели прелом­ления n₁ и n₀ одинаковы, то светорассеяние будет отсут­ствовать и в неоднородной среде.

2. Интенсивность рассеянного света тем больше, чем больше частичная концентрация . Следует отметить, что эта зависимость сохраняется только в области малых размеров частиц. Для видимой части спектра это условие соответствует значениям. С увеличениемr рост I замедляется, а при рассеяние заменяется отражением.

3. Интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени. Это означает, что при прохождении через коллоидный раствор пучка белого света преимущественно рассеиваются короткие волны – синей и фиолетовой частей спектра. Поэтому бесцветный золь в рассеянном свете имеет голубоватую окраску, а в проходящем свете – красноватую (явление опалесценции).